Balansavimo mašinos savo rankomis
Redaktorius ir vertėjas: Nikolajus Andrejevičius Šelkovenko ir „ChatGPT“.
Išsamus techninis vadovas, skirtas profesionalios klasės balansavimo mašinų gamybai. Sužinokite apie minkštųjų ir kietųjų guolių konstrukcijas, veleno skaičiavimus, atramų sistemas ir matavimo įrangos integravimą.
Turinys
1. Įvadas
(Kodėl reikėjo parašyti šį darbą?)
Išanalizavus UAB "Kinematics" (Vibromera) gaminamų balansavimo įtaisų vartojimo struktūrą, matyti, kad apie 30% jų įsigyjama naudoti kaip stacionarios matavimo ir skaičiavimo sistemos balansavimo mašinoms ir (arba) stendams. Galima išskirti dvi mūsų įrangos vartotojų (klientų) grupes.
Pirmajai grupei priklauso įmonės, kurios specializuojasi masinėje balansavimo mašinų gamyboje ir jų pardavime išorės klientams. Šiose įmonėse dirba aukštos kvalifikacijos specialistai, turintys gilių žinių ir didelę patirtį projektuojant, gaminant ir eksploatuojant įvairių tipų balansavimo stakles. Bendraujant su šios grupės vartotojais dažniausiai kyla problemų, susijusių su mūsų matavimo sistemų ir programinės įrangos pritaikymu esamoms ar naujai sukurtoms mašinoms, nesprendžiant jų konstrukcinio atlikimo klausimų.
Antrąją grupę sudaro vartotojai, kurie kuria ir gamina mašinas (stendus) savo poreikiams. Toks požiūris dažniausiai paaiškinamas nepriklausomų gamintojų siekiu sumažinti savo gamybos sąnaudas, kurios kai kuriais atvejais gali sumažėti du-tris ir daugiau kartų. Ši vartotojų grupė dažnai neturi tinkamos mašinų kūrimo patirties ir paprastai savo darbe pasikliauja sveiku protu, informacija iš interneto ir visais turimais analogais.
Bendraujant su jomis kyla daug klausimų, kurie, be papildomos informacijos apie balansavimo mašinų matavimo sistemas, apima daugybę klausimų, susijusių su mašinų konstrukciniu atlikimu, jų montavimo ant pamatų būdais, pavarų parinkimu, tinkamo balansavimo tikslumo užtikrinimu ir kt.
Atsižvelgdami į didelį didelės mūsų vartotojų grupės susidomėjimą savarankiškai gaminamų balansavimo staklių klausimais, UAB "Kinematics" (Vibromera) specialistai parengė dažniausiai užduodamų klausimų rinkinį su komentarais ir rekomendacijomis.
2. Balansavimo staklių (stendų) tipai ir jų konstrukcijos ypatybės
Balansavimo mašina yra technologinis įrenginys, skirtas įvairiems tikslams pašalinti statinį arba dinaminį rotorių disbalansą. Joje yra mechanizmas, kuris pagreitina subalansuotą rotorių iki nurodyto sukimosi dažnio, ir specializuota matavimo bei skaičiavimo sistema, kuri nustato korekcinių svarelių, reikalingų rotoriaus disbalansui kompensuoti, masę ir išdėstymą.
Mašinos mechaninės dalies konstrukcija paprastai susideda iš rėmo, ant kurio sumontuoti atraminiai stulpai (guoliai). Jie naudojami subalansuotam gaminiui (rotoriui) pritvirtinti ir apima pavarą, skirtą rotoriui sukti. Balansavimo proceso metu, kuris atliekamas gaminiui sukant, matavimo sistemos jutikliai (kurių tipas priklauso nuo mašinos konstrukcijos) registruoja guolių vibracijas arba jėgas, veikiančias guolius.
Pagal taip gautus duomenis galima nustatyti korekcinių svorių, reikalingų disbalansui kompensuoti, masę ir montavimo vietas.
Šiuo metu vyrauja dviejų tipų balansavimo staklių (stendų) konstrukcijos:
- Minkštųjų guolių mašinos (su lanksčiomis atramomis);
- Kietųjų guolių mašinos (su standžiomis atramomis).
2.1. Minkštųjų guolių mašinos ir stovai
Pagrindinė minkštųjų guolių balansavimo staklių (stendų) ypatybė yra ta, kad jos turi palyginti lanksčias atramas, pagamintas spyruoklinių pakabų, spyruoklinių vežimėlių, plokščių ar cilindrinių spyruoklinių atramų ir pan. pagrindu. Šių atramų savasis dažnis yra bent 2-3 kartus mažesnis už ant jų sumontuoto balansavimo rotoriaus sukimosi dažnį. Klasikinis lanksčių minkštųjų atramų konstrukcinio atlikimo pavyzdys - DB-50 modelio mašinos atrama, kurios nuotrauka pateikta 2.1 paveiksle.
2.1 pav. Balansavimo mašinos DB-50 modelio atrama.
Kaip parodyta 2.1 paveiksle, kilnojamasis rėmas (slankiklis) 2 prie atramos stacionariųjų stulpų 1 pritvirtintas naudojant pakabą ant juostinių spyruoklių 3. Veikiamas išcentrinės jėgos, kurią sukelia ant atramos sumontuoto rotoriaus disbalansas, vežimėlis (slankiklis) 2 gali atlikti horizontalius svyravimus nejudančio stulpelio 1 atžvilgiu, kurie matuojami naudojant vibracijos jutiklį.
Šios atramos konstrukcinis atlikimas užtikrina mažą vagono svyravimų savąjį dažnį, kuris gali būti apie 1-2 Hz. Tai leidžia subalansuoti rotorių plačiame jo sukimosi dažnių diapazone, pradedant nuo 200 aps/min. Dėl šios savybės ir santykinai paprastos tokių atramų gamybos ši konstrukcija yra patraukli daugeliui mūsų vartotojų, kurie gamina balansavimo mašinas įvairios paskirties savo poreikiams.
2.2 pav. Minkšto guolio atrama balansavimo staklėms, gamintojas "Polymer LTD", Machačkala
2.2 paveiksle parodyta "Soft Bearing" balansavimo staklių su atramomis, pagamintomis iš pakabos spyruoklių, pagamintų įmonės reikmėms „Polymer LTD“ Machačkaloje, nuotrauka. Staklės skirtos polimerinių medžiagų gamyboje naudojamų volelių balansavimui.
2.3 pav. yra balansavimo staklių su panašia juostine vežimėlio pakaba, skirtų specializuotiems įrankiams balansuoti, nuotrauka.
2.4.a ir 2.4.b paveikslėliai rodomos naminės minkštųjų guolių mašinos, skirtos varantiesiems velenams balansuoti, kurios atramos taip pat pagamintos naudojant juostines pakabos spyruokles, nuotraukos.
2.5 pav. pateikta minkštųjų guolių balansavimo mašinos, skirtos turbokompresoriams balansuoti, nuotrauka, kurios vežimėlių atramos taip pat pakabintos ant juostinių spyruoklių. Mašina, pagaminta A. Šahguniano (Sankt Peterburgas) asmeniniam naudojimui, aprūpinta matavimo sistema "Balanset 1".
Gamintojo teigimu (žr. 2.6 pav.), ši mašina gali subalansuoti turbinas, kurių likutinis disbalansas neviršija 0,2 g*mm.
2.3 pav. Minkštųjų guolių staklės įrankiams balansuoti su atramine pakaba ant juostinių spyruoklių
2.4.a paveikslas. Minkštųjų guolių mašina pavaros velenams balansuoti (mašina surinkta)
2.4.b pav. Minkštųjų guolių staklės pavaros velenams balansuoti su ant juostinių spyruoklių pakabintomis vežimėlio atramomis. (Pagrindinė verpstės atrama su spyruoklinės juostos pakaba)
2.5 pav. A. Shahgunyano (Sankt Peterburgas) pagamintos minkštųjų guolių staklės turbokompresoriams balansuoti su atramomis ant juostinių spyruoklių
2.6 pav. Matavimo sistemos 'Balanset 1' ekrano kopija, kurioje parodyti A. Shahgunyano mašinos turbinos rotoriaus balansavimo rezultatai.
Be pirmiau aptartos klasikinės "Soft Bearing" balansavimo mašinos atramų versijos, paplito ir kiti konstrukciniai sprendimai.
2.7 ir 2.8 paveikslėliai Nuotraukose matyti kardaninių velenų balansavimo staklių, kurių atramos pagamintos iš plokščių (plokštinių) spyruoklių, nuotraukos. Šios staklės buvo pagamintos atitinkamai privačios įmonės "Dergačiova" ir UAB "Tatkardan" ("Kinetics-M") poreikiams.
Minkštų guolių balansavimo staklės su tokiomis atramomis dažnai atkuriamos mėgėjų gamintojų dėl jų santykinio paprastumo ir lengvo pagaminimo. Šie prototipai paprastai yra arba "K. Schenck" VBRF serijos staklės, arba panašios buitinės gamybos staklės.
2.7 ir 2.8 paveiksluose parodytos mašinos skirtos dviejų, trijų ir keturių atramų varantiesiems velenams balansuoti. Jų konstrukcija panaši, įskaitant:
- suvirintas lovos rėmas 1, kurio pagrindą sudaro dvi skersinėmis briaunomis sujungtos I formos sijos;
- stacionari (priekinė) verpstės atrama 2;
- judanti (galinė) veleno atrama 3;
- viena arba dvi kilnojamosios (tarpinės) atramos 4. Ant atramų 2 ir 3 sumontuoti velenų blokai 5 ir 6, skirti subalansuotam pavaros velenui 7 pritvirtinti prie mašinos.
2.7 pav. Minkštų guolių balansavimo staklės kardaniniams velenams, pagamintos privačios įmonės "Dergacheva" su atramomis ant plokščių (plokštinių) spyruoklių
2.8 pav. UAB "Tatcardan" ("Kinetics-M") minkštųjų guolių balansavimo staklės su atramomis ant plokščių spyruoklių
Ant visų atramų sumontuoti vibracijos jutikliai 8, kuriais matuojami skersiniai atramų svyravimai. Ant atramos 2 sumontuotą pagrindinį veleną 5 suka elektros variklis per diržinę pavarą.
2.9.a ir 2.9.b paveikslėliai parodyti balansavimo mašinos atramos, kurios pagrindą sudaro plokščios spyruoklės, nuotraukas.
2.9 pav. Minkštų guolių balansavimo staklių atrama su plokščiomis spyruoklėmis
- a) Vaizdas iš šono;
- b) Vaizdas iš priekio
Atsižvelgiant į tai, kad mėgėjų gamintojai dažnai naudoja tokias atramas savo projektuose, naudinga išsamiau išnagrinėti jų konstrukcijos ypatumus. Kaip parodyta 2.9.a paveiksle, šią atramą sudaro trys pagrindinės sudedamosios dalys:
- Apatinė atraminė plokštė 1: Priekinės veleno atramos atveju plokštė yra standžiai pritvirtinta prie kreipiančiųjų; tarpinių atramų arba galinių veleno atramų atveju apatinė plokštė suprojektuota kaip vežimėlis, kuris gali judėti išilgai rėmo kreipiančiųjų.
- Viršutinė atraminė plokštė 2, ant kurių montuojami atraminiai mazgai (ritininės atramos 4, velenai, tarpiniai guoliai ir t. t.).
- Dvi plokščios spyruoklės 3, jungiantis apatinę ir viršutinę guolių plokštes.
Siekiant išvengti padidėjusios atramų vibracijos eksploatacijos metu, kuri gali atsirasti greitėjant arba lėtėjant subalansuotam rotoriui, į atramas gali būti įmontuotas fiksavimo mechanizmas (žr. 2.9.b pav.). Šį mechanizmą sudaro standus laikiklis 5, kurį galima užfiksuoti ekscentriniu užraktu 6, prijungtu prie vienos iš plokščiųjų atramos spyruoklių. Kai užraktas 6 ir laikiklis 5 yra sujungti, atrama yra užrakinta, todėl pašalinama padidėjusios vibracijos rizika greitėjant ir lėtėjant.
Projektuodamas atramas su plokščiomis (plokštelinėmis) spyruoklėmis, mašinos gamintojas turi įvertinti jų savųjų svyravimų dažnį, kuris priklauso nuo spyruoklių standumo ir subalansuoto rotoriaus masės. Žinodamas šį parametrą, konstruktorius gali sąmoningai pasirinkti rotoriaus darbinių sukimosi dažnių diapazoną, išvengdamas atramų rezonansinių svyravimų pavojaus balansavimo metu.
Rekomendacijos, kaip apskaičiuoti ir eksperimentiškai nustatyti atramų ir kitų balansavimo mašinų sudedamųjų dalių savituosius virpesių dažnius, aptariamos 3 skyriuje.
Kaip minėta anksčiau, atramos konstrukcijos, kurioje naudojamos plokščios (plokštelinės) spyruoklės, paprastumas ir gamybos patogumas traukia mėgėjus, kuriančius įvairios paskirties balansavimo stakles, įskaitant stakles alkūniniams velenams, automobilių turbokompresorių rotoriams balansuoti ir pan.
Pavyzdžiui, 2.10.a ir 2.10.b paveiksluose pateiktas bendras turbokompresorių rotorių balansavimo staklių brėžinys. Šis staklės buvo pagamintos ir naudojamos įmonės reikmėms UAB "SuraTurbo" Penzoje.
2.10.a. Turbokompresoriaus rotorių balansavimo staklės (šoninis vaizdas)
2.10.b. Turbokompresoriaus rotorių balansavimo staklės (vaizdas iš priekinės atramos pusės)
Be anksčiau aptartų minkštųjų guolių balansavimo staklių, kartais sukuriami palyginti paprasti minkštųjų guolių stendai. Šie stendai leidžia kokybiškai ir su minimaliomis sąnaudomis balansuoti įvairios paskirties sukamuosius mechanizmus.
Toliau apžvelgiami keli tokie stendai, pagaminti ant plokščios plokštės (arba rėmo), pritvirtintos prie cilindrinių suspaudimo spyruoklių, pagrindu. Šios spyruoklės paprastai parenkamos taip, kad plokštės su ant jos sumontuotu balansuotu mechanizmu natūralus virpesių dažnis būtų 2–3 kartus mažesnis už šio mechanizmo rotoriaus sukimosi dažnį balansavimo metu.
2.11 pav. pavaizduotas P. Ašarino vidaus gamybai pagamintas šlifavimo ratų balansavimo stovas.
2.11 pav. Stovas abrazyviniams diskams balansuoti
Stendą sudaro šie pagrindiniai komponentai:
- 1 plokštelė, sumontuotas ant keturių cilindrinių spyruoklių 2;
- Elektros variklis 3, kurio rotorius taip pat tarnauja kaip velenas, ant kurio pritvirtintas įtvaras 4, naudojamas šlifavimo ratui ant veleno uždėti ir pritvirtinti.
Svarbiausias šio stovo bruožas yra impulsų jutiklis 5, skirtas elektros variklio rotoriaus sukimosi kampui matuoti, kuris naudojamas kaip stovo matavimo sistemos ("Balanset 2C") dalis, siekiant nustatyti kampinę padėtį, kad būtų galima nuimti korekcinę masę nuo abrazyvinio rato.
2.12 pav. parodyta vakuuminių siurblių balansavimo stovo nuotrauka. Šį stovą užsakymu sukūrė UAB "Matavimo gamykla".
2.12 pav. AB "Matavimo gamykla" balansuojančių vakuuminių siurblių stovas"
Šio stendo pagrindas taip pat naudojamas 1 plokštelė, sumontuotas ant cilindrinių spyruoklių 2. Plokštelėje 1 sumontuotas vakuuminis siurblys 3, turintis savo elektrinę pavarą, galinčią keisti sūkių dažnį nuo 0 iki 60 000 aps/min. Ant siurblio korpuso sumontuoti vibracijos jutikliai 4, kuriais matuojamos vibracijos dviejuose skirtinguose ruožuose, esančiuose skirtinguose aukščiuose.
Vibracijos matavimo proceso sinchronizavimui su siurblio rotoriaus sukimosi kampu ant stovo naudojamas lazerinis fazinio kampo jutiklis 5. Nepaisant, atrodytų, paprastos išorinės tokių stovų konstrukcijos, jis leidžia pasiekti labai kokybišką siurblio sparnuotės balansavimą.
Pavyzdžiui, esant subkritiniams sukimosi dažniams, siurblio rotoriaus liekamasis disbalansas atitinka balanso kokybės klasei G0.16 nustatytus reikalavimus pagal ISO 1940-1-2007 "Vibracija. Standžių rotorių balanso kokybės reikalavimai. 1 dalis. Leistino disbalanso nustatymas"."
Likutinė siurblio korpuso vibracija, gaunama balansuojant iki 8 000 aps/min sukimosi greičiu, neviršija 0,01 mm/s.
Pagal pirmiau aprašytą schemą pagaminti balansavimo stovai taip pat veiksmingai balansuoja kitus mechanizmus, pavyzdžiui, ventiliatorius. Ventiliatoriams balansuoti skirtų stovų pavyzdžiai pateikti 2.13 ir 2.14 paveiksluose.
2.13 pav. Ventiliatoriaus sparnuotės balansavimo stovas
Tokiuose stenduose pasiekiama gana aukšta ventiliatorių balansavimo kokybė. Pasak UAB "Atlant-project" specialistų, jų suprojektuotame stende, remiantis UAB "Kinematics" rekomendacijomis (žr. 2.14 pav.), balansuojant ventiliatorius pasiektas likutinės vibracijos lygis – 0,8 mm/sek. Tai daugiau nei tris kartus geriau nei leistina tolerancija, nustatyta BV5 kategorijos ventiliatoriams pagal ISO 31350-2007 "Vibracija. Pramoniniai ventiliatoriai. Reikalavimai generuojamai vibracijai ir balansavimo kokybei"."
2.14 pav. Stovas sprogimui atsparios įrangos ventiliatoriaus sparnuočių balansavimui, gamintojas UAB "Atlant-project", Podolskas
Panašūs duomenys, gauti UAB "Lissant Fan Factory", rodo, kad tokie stovai, naudojami serijinėje ortakinių ventiliatorių gamyboje, nuolat užtikrino ne didesnę kaip 0,1 mm/s liekamąją vibraciją.
2.2. Kietųjų guolių mašinos
Balansavimo staklės su kietaisiais guoliais skiriasi nuo anksčiau aptartų staklių su minkštaisiais guoliais savo atramų konstrukcija. Jų atramos yra pagamintos iš standžių plokščių su įmantriais grioveliais (išpjovomis). Šių atramų savieji dažniai gerokai (bent 2-3 kartus) viršija didžiausią ant mašinos balansuojamo rotoriaus sukimosi dažnį.
Staklės su kietaisiais guoliais yra universalesnės už stakles su minkštaisiais guoliais, nes jomis paprastai galima kokybiškai subalansuoti rotorius platesniame jų masės ir matmenų charakteristikų diapazone. Svarbus šių staklių privalumas taip pat yra tas, kad jomis galima labai tiksliai balansuoti rotorius esant palyginti mažiems sukimosi greičiams, kurie gali būti 200-500 aps/min ir mažesni.
2.15 pav. parodyta tipinės "K. Schenk" pagamintos kietojo guolio balansavimo mašinos nuotrauka. Iš šio paveikslėlio matyti, kad atskiros atramos dalys, suformuotos sudėtingų griovelių, pasižymi skirtingu standumu. Veikiant rotoriaus disbalanso jėgoms, kai kurios atramos dalys gali deformuotis (poslinkti) kitų atžvilgiu. (2.15 paveiksle standesnė atramos dalis paryškinta raudona punktyrine linija, o santykinai lanksti jos dalis – mėlyna).
Minėtoms santykinėms deformacijoms matuoti kietųjų guolių mašinose gali būti naudojami jėgos jutikliai arba labai jautrūs įvairių tipų vibracijos jutikliai, įskaitant bekontakčius vibracijos poslinkio jutiklius.
2.15 pav. "K. Schenk" kietųjų guolių balansavimo staklės"
Remiantis klientų užklausų dėl "Balanset" serijos prietaisų analize, susidomėjimas kietųjų guolių staklių gamyba savo reikmėms nuolat auga. Tai palengvina plačiai skleidžiama reklaminė informacija apie buitinių balansavimo staklių, kurias mėgėjų gamintojai naudoja kaip analogus (arba prototipus) savo projektams, konstrukcines ypatybes.
Apsvarstykime keletą kietojo guolio mašinų variantų, pagamintų atsižvelgiant į daugelio "Balanset" serijos prietaisų vartotojų poreikius.
2.16.a - 2.16.d paveikslėliai parodytos N. Obedkovo (Magnitogorsko miestas) pagamintos kietojo guolio staklės, skirtos kardaniniams velenams balansuoti, nuotraukos. Kaip matyti 2.16.a pav., staklę sudaro standus rėmas 1, ant kurio sumontuotos atramos 2 (du velenai ir du tarpiniai). Pagrindinį staklių veleną 3 per diržinę pavarą suka asinchroninis elektros variklis 4. Elektros variklio 4 sukimosi greičiui valdyti naudojamas dažnio reguliatorius 6. Staklėse sumontuota matavimo ir skaičiavimo sistema "Balanset 4" 5, kurią sudaro matavimo blokas, kompiuteris, keturi jėgos jutikliai ir fazės kampo jutiklis (jutikliai 2.16.a pav. neparodyti).
2.16.a pav. N. Objedkovo (Magnitogorskas) pagamintos kietųjų guolių staklės pavaros velenams balansuoti
2.16.b pav. pavaizduota priekinės mašinos atramos nuotrauka su priekiniu velenu 3, kuris, kaip jau minėta, varomas asinchroninio elektros variklio 4 diržine pavara. Ši atrama standžiai pritvirtinta prie rėmo.
2.16.b pav. Priekinė (priekinė) verpstės atrama.
2.16.c pav. pateikiama vienos iš dviejų judančių tarpinių mašinos atramų nuotrauka. Ši atrama remiasi į šliaužiklius 7, todėl ją galima judinti išilgai rėmo kreipiančiųjų. Šioje atramoje yra specialus įtaisas 8, skirtas balansinio varančiojo veleno tarpinio guolio aukščiui įrengti ir reguliuoti.
2.16.c pav. Tarpinė judanti mašinos atrama
2.16.d pav. parodyta galinės (varomosios) veleno atramos nuotrauka, kuri, kaip ir tarpinės atramos, leidžia judėti išilgai staklių rėmo kreipiančiųjų.
Pav. 2.16.d. Galinio (varomojo) veleno atrama.
Visos pirmiau aptartos atramos yra vertikalios plokštės, pritvirtintos prie plokščio pagrindo. Plokštėse yra T formos grioveliai (žr. 2.16.d pav.), kuriais atrama padalijama į vidinę 9 (standesnę) ir išorinę 10 (mažiau standžią) dalį. Dėl skirtingo atramos vidinės ir išorinės dalių standumo šios dalys gali santykinai deformuotis veikiamos pusiausvyrą turinčio rotoriaus disbalanso jėgų.
Jėgos jutikliai paprastai naudojami santykinei atramų deformacijai naminėse mašinose matuoti. Pavyzdys, kaip jėgos jutiklis montuojamas ant kietojo guolio balansavimo mašinos atramos, parodytas 2.16.e paveiksle. Kaip matyti šiame paveiksle, jėgos jutiklis 11 prispaudžiamas prie atramos vidinės dalies šoninio paviršiaus varžtu 12, kuris eina per išorinėje atramos dalyje esančią srieginę angą.
Siekiant užtikrinti tolygų varžto 12 spaudimą visoje jėgos jutiklio 11 plokštumoje, tarp jo ir jutiklio dedama plokščia poveržlė 13.
2.16.d pav. Jėgos jutiklio įrengimo ant atramos pavyzdys.
Mašinos veikimo metu subalansuoto rotoriaus disbalanso jėgos veikia per atraminius mazgus (velenus arba tarpinius guolius) išorinėje atramos dalyje, kuri pradeda cikliškai judėti (deformuotis) savo vidinės dalies atžvilgiu rotoriaus sukimosi dažniu. Dėl to jutiklį 11 veikia kintama jėga, proporcinga disbalanso jėgai. Jai veikiant, jėgos jutiklio išėjime susidaro elektrinis signalas, proporcingas rotoriaus disbalanso dydžiui.
Jėgos jutiklių, sumontuotų ant visų atramų, signalai tiekiami į mašinos matavimo ir skaičiavimo sistemą, kur jie naudojami korekcinių svarelių parametrams nustatyti.
2.17.a pav. Nuotraukoje pavaizduota labai specializuota kietųjų guolių balansavimo mašina, naudojama "sraigtiniams" velenams balansuoti. Ši mašina buvo pagaminta UAB "Ufatverdosplav" vidaus naudojimui.
Kaip matyti paveikslėlyje, mašinos sukimo mechanizmas turi supaprastintą konstrukciją, kurią sudaro šie pagrindiniai komponentai:
- Suvirintas rėmas 1, kuris tarnauja kaip lova;
- Dvi stacionarios atramos 2, standžiai pritvirtintas prie rėmo;
- Elektros variklis 3, kuris per diržinę pavarą 4 suka balansinį veleną (sraigtą) 5.
2.17.a pav. Kietųjų guolių balansavimo staklės sraigtiniams velenams, pagamintos UAB "Ufatverdosplav"
Mašinos atramos 2 yra vertikaliai sumontuotos plieninės plokštės su T formos grioveliais. Kiekvienos atramos viršuje yra riedėjimo guoliais pagaminti atraminiai ritinėliai, ant kurių sukasi subalansuotas velenas 5.
Atramų deformacijai, atsirandančiai veikiant rotoriaus disbalansui, matuoti naudojami jėgos jutikliai 6 (žr. 2.17.b pav.), kurie įstatomi į atramų plyšius. Šie jutikliai prijungti prie "Balanset 1" įrenginio, kuris šioje mašinoje naudojamas kaip matavimo ir skaičiavimo sistema.
Nepaisant santykinio mašinos sukimosi mechanizmo paprastumo, jis leidžia pakankamai kokybiškai subalansuoti varžtus, kurie, kaip matyti 2.17.a. pav., turi sudėtingą spiralinį paviršių.
Pasak UAB "Ufatverdosplav", balansavimo proceso metu šioje mašinoje pradinis sraigto disbalansas sumažėjo beveik 50 kartų.
2.17.b pav. Kietųjų guolių staklių atrama sraigtiniams velenams balansuoti su jėgos jutikliu
Pasiektas liekamasis disbalansas pirmojoje sraigto plokštumoje buvo 3552 g*mm (19,2 g, kai spindulys 185 mm), o antrojoje plokštumoje – 2220 g*mm (12,0 g, kai spindulys 185 mm). 500 kg sveriančiam ir 3500 aps./min. sukimosi dažniu veikiančiam rotoriui šis disbalansas atitinka G6.3 klasę pagal ISO 1940-1-2007, kuri atitinka jo techninėje dokumentacijoje nurodytus reikalavimus.
Originalų projektą (žr. 2.18 pav.), kuriame naudojamas vienas pagrindas vienu metu montuojamoms dviejų skirtingo dydžio kietojo guolio balansavimo staklių atramoms, pasiūlė S. V. Morozovas. Akivaizdūs šio techninio sprendimo, leidžiančio sumažinti gamintojo gamybos sąnaudas, privalumai:
- Taupoma gamybinė erdvė;
- Vieno elektros variklio su kintamojo dažnio pavara naudojimas dviem skirtingoms mašinoms valdyti;
- Vienos matavimo sistemos naudojimas dviem skirtingoms mašinoms valdyti.
2.18 pav. Kietojo guolio balansavimo staklės ("Tandem"), gamintojas S. V. Morozovas
3. Balansavimo mašinų pagrindinių blokų ir mechanizmų konstrukcijos reikalavimai
3.1. Guoliai
3.1.1. Teoriniai guolių projektavimo pagrindai
Ankstesniame skyriuje buvo išsamiai aptarti pagrindiniai minkštųjų ir kietųjų guolių atramų, skirtų balansavimo mašinoms, projektavimo būdai. Svarbus parametras, į kurį konstruktoriai turi atsižvelgti projektuodami ir gamindami šias atramas, yra jų natūralūs virpesių dažniai. Tai svarbu, nes norint apskaičiuoti korekcinių svarelių parametrus mašinos matavimo ir skaičiavimo sistemomis, reikia išmatuoti ne tik atramų virpesių amplitudę (ciklinę deformaciją), bet ir virpesių fazę.
Jei atramos natūralus dažnis sutampa su subalansuoto rotoriaus sukimosi dažniu (atramos rezonansas), tiksliai išmatuoti virpesių amplitudę ir fazę praktiškai neįmanoma. Tai aiškiai iliustruoja grafikai, rodantys atramos virpesių amplitudės ir fazės pokyčius kaip subalansuoto rotoriaus sukimosi dažnio funkciją (žr. 3.1 pav.).
Iš šių grafikų matyti, kad kai subalansuoto rotoriaus sukimosi dažnis artėja prie atramos svyravimų savojo dažnio (t. y. kai santykis fp/fo yra artimas 1), labai padidėja amplitudė, susijusi su atramos rezonansiniais svyravimais (žr. 3.1.a pav.). Kartu 3.1.b grafike matyti, kad rezonanso zonoje smarkiai keičiasi fazinis kampas ∆F°, kuris gali siekti iki 180°.
Kitaip tariant, balansuojant bet kurį rezonanso zonoje esantį mechanizmą, net ir nedideli jo sukimosi dažnio pokyčiai gali sukelti didelį jo virpesių amplitudės ir fazės matavimo rezultatų nestabilumą, dėl kurio atsiranda koreguojamųjų svorių parametrų apskaičiavimo klaidų ir neigiamai veikia balansavimo kokybę.
Pateikti grafikai patvirtina ankstesnes rekomendacijas, kad kietųjų guolių mašinoms viršutinė rotoriaus darbinių dažnių riba turėtų būti (bent) 2–3 kartus mažesnė už atramos natūralų dažnį, fo. Minkštųjų guolių mašinoms subalansuoto rotoriaus leistinų darbinių dažnių apatinė riba turėtų būti (bent) 2–3 kartus didesnė už atramos natūralų dažnį.
3.1 pav. Grafikai, rodantys balansavimo mašinos atramos virpesių santykinės amplitudės ir fazės pokyčius priklausomai nuo sukimosi dažnio pokyčių.
- Ad - Atramos dinaminių virpesių amplitudė;
- e = m*r / M - Subalansuoto rotoriaus specifinis disbalansas;
- m - Nesubalansuota rotoriaus masė;
- M - Rotoriaus masė;
- r - Spindulys, kuriuo nesubalansuota masė yra ant rotoriaus;
- fp - Rotoriaus sukimosi dažnis;
- fo - Atramos savasis virpesių dažnis
Atsižvelgiant į pateiktą informaciją, mašinos nerekomenduojama eksploatuoti jos atramų rezonansinėje zonoje (3.1 pav. pažymėta raudonai). Iš 3.1 pav. pateiktų grafikų taip pat matyti, kad esant tokiems pat rotoriaus disbalansams faktiniai mašinos atramų su minkštaisiais guoliais virpesiai yra gerokai mažesni už tuos, kurie pasireiškia mašinos su minkštaisiais guoliais atramose.
Iš to išplaukia, kad jutikliai, naudojami atramų vibracijai matuoti kietųjų guolių mašinose, turi būti jautresni nei minkštųjų guolių mašinų jutikliai. Šią išvadą gerai patvirtina faktinė jutiklių naudojimo praktika, kuri rodo, kad absoliučių virpesių jutikliai (vibroakcelerometrai ir (arba) virpesių greičio jutikliai), sėkmingai naudojami minkštųjų guolių balansavimo staklėse, dažnai negali užtikrinti reikiamos balansavimo kokybės kietųjų guolių staklėse.
Šiose mašinose rekomenduojama naudoti santykinius vibracijos jutiklius, pavyzdžiui, jėgos jutiklius arba labai jautrius poslinkio jutiklius.
3.1.2. Atramų savitųjų dažnių įvertinimas taikant skaičiavimo metodus
Projektuotojas gali apytiksliai (apytiksliai) apskaičiuoti atraminės plokštės savitąjį dažnį pagal 3.1 formulę, supaprastintai laikydamas ją vieno laisvės laipsnio virpesių sistema, kurią (žr. 2.19.a pav.) vaizduoja masė M, svyruojanti ant standumo K spyruoklės.
Skaičiuojant simetrinio rotoriaus su skirtingais guoliais masę M galima apytiksliai apskaičiuoti pagal 3.2 formulę.
kur Mo yra judančios atramos dalies masė kg; Mr yra subalansuoto rotoriaus masė kg; n yra balansavime dalyvaujančių mašinos atramų skaičius.
Atramos standumas K apskaičiuojamas pagal 3.3 formulę, remiantis eksperimentinių tyrimų rezultatais, kai matuojama atramos deformacija ΔL, kai ji apkraunama statine jėga P (žr. 3.2.a ir 3.2.b pav.).
kur ΔL yra atramos deformacija metrais; P yra statinė jėga niutonais.
Apkrovos jėgos P dydį galima išmatuoti naudojant jėgos matavimo prietaisą (pvz., dinamometrą). Atramos poslinkis ΔL nustatomas linijinių poslinkių matavimo prietaisu (pvz., ciferblatiniu indikatoriumi).
3.1.3. Eksperimentiniai metodai atramų saviesiems dažniams nustatyti
Atsižvelgiant į tai, kad aukščiau aptartas atramų natūraliųjų dažnių skaičiavimas, atliktas supaprastintu metodu, gali sukelti didelių paklaidų, dauguma mėgėjų kūrėjų renkasi šiuos parametrus nustatyti eksperimentiniais metodais. Tam jie naudojasi šiuolaikinių balansavimo mašinų vibracijos matavimo sistemų, įskaitant "Balanset" serijos prietaisus, teikiamomis galimybėmis.
3.1.3.1. Atramų savųjų dažnių nustatymas smūginio sužadinimo metodu
Smūginio sužadinimo metodas yra paprasčiausias ir labiausiai paplitęs būdas nustatyti atramos ar bet kurios kitos mašinos sudedamosios dalies savąjį virpesių dažnį. Jis grindžiamas tuo, kad bet kokį objektą, pavyzdžiui, varpą (žr. 3.3 pav.), sužadinus smūgiu, jo atsakas pasireiškia kaip palaipsniui silpnėjanti virpesių reakcija. Vibracinio signalo dažnį lemia objekto struktūrinės charakteristikos ir jis atitinka jo savųjų virpesių dažnį. Smūginiam virpesių sužadinimui galima naudoti bet kokį sunkų įrankį, pavyzdžiui, guminį plaktuką arba įprastą plaktuką.
3.3 pav. Smūgio sužadinimo schema, naudojama objekto saviesiems dažniams nustatyti
Plaktuko masė turėtų būti apytiksliai lygi 10% sužadinamo objekto masės. Norint užfiksuoti virpesių atsaką, ant tiriamo objekto turėtų būti pritvirtintas virpesių jutiklis, kurio matavimo ašis turi būti nukreipta smūgio sužadinimo kryptimi. Kai kuriais atvejais kaip jutiklis gali būti naudojamas triukšmo matavimo prietaiso mikrofonas, kad būtų galima užfiksuoti objekto virpesių atsaką.
Jutiklis objekto vibracijas paverčia elektriniu signalu, kuris vėliau siunčiamas į matavimo prietaisą, pavyzdžiui, spektro analizatoriaus įvestį. Šis prietaisas įrašo gesinimo virpesių proceso laiko funkciją ir spektrą (žr. 3.4 pav.), kurių analizė leidžia nustatyti objekto natūraliųjų virpesių dažnį (dažnius).
3.5 pav. Programos sąsaja, rodanti tiriamos konstrukcijos laiko funkcijos grafikus ir smūginių virpesių spektrą
Iš 3.5 paveiksle pateikto spektro grafiko analizės (žr. apatinę darbo lango dalį) matyti, kad pagrindinė nagrinėjamos konstrukcijos savųjų virpesių komponentė, nustatyta pagal grafiko abscisių ašį, yra 9,5 Hz dažnio. Šį metodą galima rekomenduoti tiek minkštųjų, tiek kietųjų guolių balansavimo mašinų atramų savųjų virpesių tyrimams.
3.1.3.2. Atramų savitųjų dažnių nustatymas kranto režime
Kai kuriais atvejais atramų natūraliuosius dažnius galima nustatyti cikliškai matuojant virpesių amplitudę ir fazę "ant kranto". Įgyvendinant šį metodą, ant tiriamos mašinos sumontuotas rotorius iš pradžių pagreitinamas iki maksimalaus sukimosi greičio, po to atjungiama jo pavara, o su rotoriaus disbalansu susijusios trikdančios jėgos dažnis palaipsniui mažėja nuo maksimumo iki sustojimo taško.
Šiuo atveju atramų savituosius dažnius galima nustatyti pagal dvi charakteristikas:
- Rezonanso zonose pastebimas vietinis virpesių amplitudės šuolis;
- Amplitudės šuolio zonoje pastebimas staigus virpesių fazės pokytis (iki 180°).
"Balanset" serijos įrenginiuose "Vibrometro" režimas ("Balanset 1") arba "Balansavimo ir stebėjimo" režimas ("Balanset 2C" ir "Balanset 4") gali būti naudojamas objektų "ant kranto" natūraliems dažniams aptikti, leidžiant cikliškai matuoti vibracijos amplitudę ir fazę rotoriaus sukimosi dažniu.
Be to, "Balanset 1" programinė įranga papildomai apima specializuotą "Graphs. Coasting" režimą, kuris leidžia braižyti atraminių virpesių amplitudės ir fazės pokyčių pakrantėje grafikus kaip besikeičiančio sukimosi dažnio funkciją, o tai žymiai palengvina rezonansų diagnostikos procesą.
Pažymėtina, kad dėl akivaizdžių priežasčių (žr. 3.1.1 skirsnį) atramų savųjų dažnių nustatymo ant kranto metodą galima taikyti tik tiriant minkštųjų guolių balansavimo mašinas, kurių rotoriaus sukimosi darbiniai dažniai gerokai viršija atramų savuosius dažnius skersine kryptimi.
Kietųjų guolių mašinų atveju, kai rotoriaus sukimosi darbo dažniai, sukeliantys atramų virpesius ant kranto, yra gerokai mažesni už atramų savuosius dažnius, šio metodo praktiškai neįmanoma taikyti.
3.1.4. Praktinės rekomendacijos dėl balansavimo mašinų atramų projektavimo ir gamybos
3.1.2. Atramų savitųjų dažnių skaičiavimas skaičiavimo metodais
Atramų savitųjų dažnių skaičiavimai pagal pirmiau aptartą skaičiavimo schemą gali būti atliekami dviem kryptimis:
- Skersine atramų kryptimi, kuri sutampa su rotoriaus disbalanso jėgų sukeltų virpesių matavimo kryptimi;
- Ašine kryptimi, sutampančia su ant mašinos atramų sumontuoto subalansuoto rotoriaus sukimosi ašimi.
Atramų natūraliųjų dažnių skaičiavimas vertikalia kryptimi reikalauja sudėtingesnio skaičiavimo metodo, kuris (be pačios atramos ir subalansuoto rotoriaus parametrų) turi atsižvelgti į rėmo parametrus ir mašinos montavimo ant pamato ypatumus. Šis metodas šiame leidinyje neaptariamas. 3.1 formulės analizė leidžia pateikti keletą paprastų rekomendacijų, į kurias mašinų projektuotojai turėtų atsižvelgti savo praktinėje veikloje. Visų pirma, atramos natūralųjį dažnį galima pakeisti keičiant jos standumą ir (arba) masę. Padidinus standumą, atramos natūralusis dažnis padidėja, o padidinus masę – sumažėja. Šie pokyčiai turi netiesinį, kvadratinį atvirkštinį ryšį. Pavyzdžiui, padvigubinus atramos standumą, jos natūralusis dažnis padidėja tik 1,4 karto. Panašiai, padvigubinus judančios atramos dalies masę, jos natūralusis dažnis sumažėja tik 1,4 karto.
3.1.4.1. Minkštųjų guolių mašinos su plokščiosiomis spyruoklėmis
Keletas balansavimo staklių atramų, pagamintų iš plokščių spyruoklių, konstrukcinių variantų buvo aptarti 2.1 skyriuje ir pavaizduoti 2.7–2.9 paveiksluose. Remiantis mūsų turima informacija, tokios konstrukcijos dažniausiai naudojamos mašinose, skirtose kardaniniams velenams balansuoti.
Kaip pavyzdį panagrinėkime vieno iš klientų (UAB "Rost-Service", Sankt Peterburgas) naudojamų spyruoklių parametrus gaminant savo staklių atramas. Šios staklės buvo skirtos 2, 3 ir 4 atramų varančiiesiems velenams, kurių masė neviršija 200 kg, balansuoti. Kliento pasirinkti spyruoklių, naudojamų staklių priekinio ir varomojo veleno atramose, geometriniai matmenys (aukštis * plotis * storis) buvo atitinkamai 300 * 200 * 3 mm.
Neapkrautos atramos natūralusis dažnis, nustatytas eksperimentiškai smūginio sužadinimo metodu, naudojant standartinę "Balanset 4" mašinos matavimo sistemą, buvo 11–12 Hz. Esant tokiam atramų natūraliam virpesių dažniui, rekomenduojamas subalansuoto rotoriaus sukimosi dažnis balansavimo metu neturėtų būti mažesnis nei 22–24 Hz (1320–1440 aps./min.).
To paties gamintojo ant tarpinių atramų naudotų plokščiųjų spyruoklių geometriniai matmenys buvo atitinkamai 200 * 200 * 3 mm. Be to, kaip parodė tyrimai, šių atramų natūralūs dažniai buvo aukštesni ir siekė 13–14 Hz.
Remiantis bandymų rezultatais, staklių gamintojams buvo rekomenduojama sulyginti (sulyginti) veleno ir tarpinių atramų natūraliuosius dažnius. Tai turėtų palengvinti varomųjų velenų darbinių sukimosi dažnių diapazono pasirinkimą balansavimo metu ir išvengti galimo matavimo sistemos rodmenų nestabilumo dėl atramų patekimo į rezonansinių virpesių zoną.
Atramų ant plokščiųjų spyruoklių savųjų virpesių dažnių reguliavimo būdai yra akivaizdūs. Šį reguliavimą galima atlikti keičiant plokščiųjų spyruoklių geometrinius matmenis arba formą, pavyzdžiui, išfrezuojant išilgines arba skersines įpjovas, kurios sumažina jų standumą.
Kaip minėta, tokio reguliavimo rezultatus galima patikrinti nustatant atramų savituosius virpesių dažnius 3.1.3.1 ir 3.1.3.2 skirsniuose aprašytais metodais.
3.6 pav. pateikia klasikinę atramos ant plokščių spyruoklių konstrukcijos versiją, kurią vienoje iš savo mašinų naudojo A. Sinicynas. Kaip parodyta paveikslėlyje, atramą sudaro šie komponentai:
- Viršutinė plokštelė 1;
- Dvi plokščios spyruoklės 2 ir 3;
- Apatinė plokštelė 4;
- Stabdymo laikiklis 5.
3.6 pav. Atramos ant plokščiųjų spyruoklių konstrukcijos variantas
Viršutinė atramos plokštė 1 gali būti naudojama velenui arba tarpiniam guoliui tvirtinti. Priklausomai nuo atramos paskirties, apatinė plokštė 4 gali būti standžiai pritvirtinta prie mašinos kreipiančiųjų arba sumontuota ant judančiųjų slydiklių, kad atrama galėtų judėti išilgai kreipiančiųjų. Laikiklis 5 naudojamas atramos fiksavimo mechanizmui įrengti, kad ją būtų galima patikimai pritvirtinti greitėjant ir lėtėjant subalansuotam rotoriui.
Mašinų atramų su minkštais guoliais plokščiosios spyruoklės turėtų būti pagamintos iš lakštinių spyruoklių arba aukštos kokybės legiruotojo plieno. Nerekomenduojama naudoti įprastų konstrukcinių plienų, kurių takumo riba yra maža, nes eksploatacijos metu veikiant statinėms ir dinaminėms apkrovoms, jie gali deformuotis, dėl to sumažėja mašinos geometrinis tikslumas ir netgi prarandamas atramos stabilumas.
Mašinoms, kurių subalansuoto rotoriaus masė neviršija 300–500 kg, atramos storis gali būti padidintas iki 30–40 mm, o mašinoms, skirtoms balansuoti rotorius, kurių maksimali masė svyruoja nuo 1000 iki 3000 kg, atramos storis gali siekti 50–60 mm ar daugiau. Kaip rodo minėtų atramų dinaminių charakteristikų analizė, jų natūralūs virpesių dažniai, išmatuoti skersinėje plokštumoje ("lanksčiųjų" ir "standžių" dalių santykinių deformacijų matavimo plokštumoje), paprastai viršija 100 Hz ar daugiau. Kietųjų guolių atraminių stovų natūralūs virpesių dažniai priekinėje plokštumoje, išmatuoti kryptimi, sutampančia su subalansuoto rotoriaus sukimosi ašimi, paprastai yra žymiai mažesni. Ir būtent į šiuos dažnius pirmiausia reikėtų atsižvelgti nustatant viršutinę darbinių dažnių diapazono ribą besisukantiems rotoriams, subalansuotiems ant mašinos. Kaip minėta pirmiau, šių dažnių nustatymas gali būti atliekamas smūginio sužadinimo metodu, aprašytu 3.1 skyriuje.
3.7 pav. A. Mochovo sukurta elektros variklių rotorių balansavimo mašina, surinkta.
3.8 pav. G. Glazovo (Biškekas) sukurta mašina turbininių siurblių rotoriams balansuoti
3.1.4.2. Minkštųjų guolių mašinų atramos su pakaba ant juostinių spyruoklių
Projektuojant juostines spyruokles, naudojamas atraminėms pakaboms, reikia atkreipti dėmesį į spyruoklės juostos storio ir pločio parinkimą, kuris, viena vertus, turi atlaikyti statinę ir dinaminę rotoriaus apkrovą atramai, kita vertus, turi užkirsti kelią atraminės pakabos sukimosi virpesiams, pasireiškiantiems kaip ašinis išbėgimas.
Balansavimo mašinų, naudojančių juostines spyruoklines pakabas, konstrukcinio įgyvendinimo pavyzdžiai pateikti 2.1–2.5 paveiksluose (žr. 2.1 skyrių), taip pat šio skyriaus 3.7 ir 3.8 paveiksluose.
3.1.4.4. Kietos guolių atramos mašinoms
Kaip rodo mūsų ilgametė patirtis dirbant su klientais, nemaža dalis savarankiškai pagamintų balansyrų gamintojų pastaruoju metu pradėjo teikti pirmenybę kietų guolių staklėms su standžiomis atramomis. 2.2 skyriuje, 2.16–2.18 paveiksluose pateiktos įvairių staklių, naudojančių tokias atramas, konstrukcijų nuotraukos. Tipinis standžios atramos, kurią sukūrė vienas iš mūsų klientų savo staklių konstrukcijai, eskizas pateiktas 3.10 paveiksle. Ši atrama susideda iš plokščios plieninės plokštės su P formos grioveliu, kuris paprastai padalija atramą į "standžiąją" ir "lanksčiąją" dalis. Veikiant disbalanso jėgai, "lanksti" atramos dalis gali deformuotis "standžios" dalies atžvilgiu. Šios deformacijos dydį, kurį lemia atramos storis, griovelių gylis ir tiltelio, jungiančio "lanksčiąją" ir "standžiąją" atramos dalis, plotis, galima išmatuoti naudojant atitinkamus staklių matavimo sistemos jutiklius. Kadangi nėra metodo tokių atramų skersiniam standumui apskaičiuoti, atsižvelgiant į P formos griovelio gylį h, tilto plotį t, taip pat į atramos storį r (žr. 3.10 pav.), šiuos projektavimo parametrus kūrėjai paprastai nustato eksperimentiškai.
Mašinoms, kurių subalansuoto rotoriaus masė neviršija 300–500 kg, atramos storis gali būti padidintas iki 30–40 mm, o mašinoms, skirtoms balansuoti rotorius, kurių maksimali masė svyruoja nuo 1000 iki 3000 kg, atramos storis gali siekti 50–60 mm ar daugiau. Kaip rodo minėtų atramų dinaminių charakteristikų analizė, jų natūralūs virpesių dažniai, išmatuoti skersinėje plokštumoje ("lanksčiųjų" ir "standžių" dalių santykinių deformacijų matavimo plokštumoje), paprastai viršija 100 Hz ar daugiau. Kietųjų guolių atraminių stovų natūralūs virpesių dažniai priekinėje plokštumoje, išmatuoti kryptimi, sutampančia su subalansuoto rotoriaus sukimosi ašimi, paprastai yra žymiai mažesni. Ir būtent į šiuos dažnius pirmiausia reikėtų atsižvelgti nustatant viršutinę darbinių dažnių diapazono ribą besisukantiems, ant mašinos subalansuotiems rotoriams.
3.26 pav. Panaudoto tekinimo staklių lovio panaudojimo kietųjų guolių staklėms, skirtoms sraigtams balansuoti, gaminti pavyzdys.
3.27 pav. Panaudoto tekinimo staklių lovio panaudojimo minkštųjų guolių staklėms, skirtoms velenams balansuoti, gaminti pavyzdys.
3.28 pav. Iš kanalų surenkamos lovos gamybos pavyzdys
3.29 pav. Suvirinto lovio iš kanalų gamybos pavyzdys
3.30 pav. Suvirinto lovio iš kanalų gamybos pavyzdys
3.31 pav. Balansavimo staklių lovio iš polimerbetonio pavyzdys
Paprastai gaminant tokias lovas, jų viršutinė dalis sutvirtinama plieniniais įdėklais, kurie naudojami kaip kreipiančiosios, ant kurių remiasi balansavimo staklių atramos. Pastaruoju metu plačiai naudojamos lovos, pagamintos iš polimerinio betono su vibraciją slopinančiomis dangomis. Ši lovų gamybos technologija yra gerai aprašyta internete ir ją gali lengvai įdiegti „pasidaryk pats“ gamintojai. Dėl santykinio paprastumo ir mažų gamybos sąnaudų šios lovos turi keletą pagrindinių pranašumų, palyginti su metaliniais analogais:
- Didesnis virpesių slopinimo koeficientas;
- Mažesnis šilumos laidumas, užtikrinantis minimalią terminę pakloto deformaciją;
- Didesnis atsparumas korozijai;
- Vidinių įtempimų nebuvimas.
3.1.4.3. Minkštos guolinės mašinų atramos, pagamintos naudojant cilindrines spyruokles
Minkštų guolių balansavimo mašinos, kurios atramų konstrukcijoje naudojamos cilindrinės suspaudimo spyruoklės, pavyzdys parodytas 3.9 paveiksle. Pagrindinis šio konstrukcinio sprendimo trūkumas yra susijęs su skirtingo laipsnio spyruoklių deformacija priekinėse ir galinėse atramose, kuri atsiranda, jei balansuojant asimetrinius rotorius atramos patiria nevienodas apkrovas. Tai natūraliai lemia atramų nesutapimą ir rotoriaus ašies išlinkimą vertikalioje plokštumoje. Viena iš neigiamų šio defekto pasekmių gali būti jėgų, dėl kurių rotorius sukimosi metu pasislenka ašine kryptimi, atsiradimas.
3.9 pav. Minkštos guolių atramos konstrukcijos variantas balansavimo staklėms, kuriose naudojamos cilindrinės spyruoklės.
3.1.4.4. Kietos guolių atramos mašinoms
Kaip rodo mūsų ilgametė patirtis dirbant su klientais, nemaža dalis savarankiškai pagamintų balansyrų gamintojų pastaruoju metu pradėjo teikti pirmenybę kietų guolių staklėms su standžiomis atramomis. 2.2 skyriuje, 2.16–2.18 paveiksluose pateiktos įvairių staklių, naudojančių tokias atramas, konstrukcijų nuotraukos. Tipinis standžios atramos, kurią sukūrė vienas iš mūsų klientų savo staklių konstrukcijai, eskizas pateiktas 3.10 paveiksle. Ši atrama susideda iš plokščios plieninės plokštės su P formos grioveliu, kuris paprastai padalija atramą į "standžiąją" ir "lanksčiąją" dalis. Veikiant disbalanso jėgai, "lanksti" atramos dalis gali deformuotis "standžios" dalies atžvilgiu. Šios deformacijos dydį, kurį lemia atramos storis, griovelių gylis ir tiltelio, jungiančio "lanksčiąją" ir "standžiąją" atramos dalis, plotis, galima išmatuoti naudojant atitinkamus staklių matavimo sistemos jutiklius. Kadangi nėra metodo tokių atramų skersiniam standumui apskaičiuoti, atsižvelgiant į P formos griovelio gylį h, tilto plotį t, taip pat į atramos storį r (žr. 3.10 pav.), šiuos projektavimo parametrus kūrėjai paprastai nustato eksperimentiškai.
3.10 pav. Balansavimo staklių kietojo guolio atramos eskizas
Įvairūs tokių atramų, pagamintų mūsų klientų mašinoms, įgyvendinimo variantai pateikti 3.11 ir 3.12 paveiksluose. Apibendrinant duomenis, gautus iš kelių mūsų klientų, kurie yra mašinų gamintojai, galima suformuluoti atramų storio reikalavimus, keliamus įvairaus dydžio ir keliamosios galios mašinoms. Pavyzdžiui, mašinoms, skirtoms balansuoti rotorius, sveriančius nuo 0,1 iki 50–100 kg, atramos storis gali būti 20 mm.
3.11 pav. A. Sinicino pagamintos balansavimo staklių atramos su kietaisiais guoliais
3.12 pav. D. Krasilnikovo pagaminta balansavimo staklių kieto guolio atrama
Mašinoms, kurių subalansuoto rotoriaus masė neviršija 300–500 kg, atramos storis gali būti padidintas iki 30–40 mm, o mašinoms, skirtoms balansuoti rotorius, kurių maksimali masė svyruoja nuo 1000 iki 3000 kg, atramos storis gali siekti 50–60 mm ar daugiau. Kaip rodo minėtų atramų dinaminių charakteristikų analizė, jų natūralūs virpesių dažniai, išmatuoti skersinėje plokštumoje ("lanksčiųjų" ir "standžių" dalių santykinių deformacijų matavimo plokštumoje), paprastai viršija 100 Hz ar daugiau. Kietųjų guolių atraminių stovų natūralūs virpesių dažniai priekinėje plokštumoje, išmatuoti kryptimi, sutampančia su subalansuoto rotoriaus sukimosi ašimi, paprastai yra žymiai mažesni. Ir būtent į šiuos dažnius pirmiausia reikėtų atsižvelgti nustatant viršutinę darbinių dažnių diapazono ribą besisukantiems rotoriams, subalansuotiems ant mašinos. Kaip minėta pirmiau, šių dažnių nustatymas gali būti atliekamas smūginio sužadinimo metodu, aprašytu 3.1 skyriuje.
3.2. Balansavimo mašinų atraminiai mazgai
3.2.1. Pagrindiniai atraminių mazgų tipai
Gaminant balansavimo stakles su kietaisiais ir minkštaisiais guoliais, galima rekomenduoti šių gerai žinomų tipų atraminius mazgus, naudojamus balansuojamiems rotoriams ant atramų montuoti ir sukti, įskaitant:
- Prizminiai atraminiai mazgai;
- Atraminiai mazgai su besisukančiais ritinėliais;
- Suklio atraminiai mazgai.
3.2.1.1. Prizminiai atraminiai mazgai
Šie mazgai, turintys įvairių konstrukcinių variantų, dažniausiai montuojami ant mažų ir vidutinių mašinų atramų, ant kurių galima balansuoti rotorius, kurių masė neviršija 50–100 kg. Paprasčiausio prizminio atraminio mazgo varianto pavyzdys pateiktas 3.13 paveiksle. Šis atraminis mazgas pagamintas iš plieno ir naudojamas turbinų balansavimo mašinoje. Nemažai mažų ir vidutinių balansavimo mašinų gamintojų, gamindami prizminius atraminius mazgus, pageidauja naudoti nemetalines medžiagas (dielektrikus), tokias kaip tekstolitas, fluoroplastas, kaprolonas ir kt.
3.13. Prizminio atraminio mazgo, naudojamo automobilių turbinų balansavimo staklėse, vykdymo variantas
Panašius atraminius mazgus (žr. 3.8 pav. aukščiau) įdiegė, pavyzdžiui, G. Glazovas savo staklėje, taip pat skirtoje automobilių turbinoms balansuoti. Originalų prizminio atraminio mazgo, pagaminto iš fluoroplasto (žr. 3.14 pav.), techninį sprendimą pasiūlė UAB "Technobalance".
3.14 pav. UAB "Technobalance" prizminės atramos mazgas"
Šis konkretus atraminis mazgas suformuotas naudojant dvi cilindrines įvores 1 ir 2, sumontuotas viena kitos atžvilgiu kampu ir pritvirtintas prie atraminių ašių. Subalansuotas rotorius liečiasi su įvorių paviršiais išilgai cilindrų generavimo linijų, o tai sumažina rotoriaus veleno ir atramos sąlyčio plotą, atitinkamai sumažindama trinties jėgą atramoje. Prireikus, susidėvėjus ar pažeidus atraminį paviršių jo sąlyčio su rotoriaus velenu srityje, galima kompensuoti nusidėvėjimą pasukant įvorę aplink savo ašį tam tikru kampu. Reikėtų atkreipti dėmesį, kad naudojant atraminius mazgus, pagamintus iš nemetalinių medžiagų, būtina numatyti konstrukcinę galimybę įžeminti subalansuotą rotorių prie mašinos korpuso, kad būtų išvengta galingų statinių elektros krūvių atsiradimo eksploatacijos metu. Tai, pirma, padeda sumažinti elektros trukdžius ir trikdžius, kurie gali turėti įtakos mašinos matavimo sistemos veikimui, ir, antra, pašalina riziką, kad personalas bus paveiktas statinės elektros poveikio.
3.2.1.2. Ritinėlių atraminiai mazgai
Šie mazgai paprastai montuojami ant mašinų, skirtų rotoriams, kurių masė viršija 50 kilogramų, balansuoti, atramų. Jų naudojimas žymiai sumažina trinties jėgas atramose, palyginti su prizminėmis atramomis, palengvindamas subalansuoto rotoriaus sukimąsi. Kaip pavyzdys, 3.15 paveiksle parodytas atraminio mazgo konstrukcinis variantas, kuriame gaminio pozicionavimui naudojami ritinėliai. Šioje konstrukcijoje kaip ritinėliai 1 ir 2 naudojami standartiniai riedėjimo guoliai, kurių išoriniai žiedai sukasi ant stacionarių ašių, pritvirtintų mašinos atramos 3 korpuse. 3.16 paveiksle pavaizduotas sudėtingesnės ritininio atraminio mazgo konstrukcijos eskizas, kurį jų projekte įgyvendino vienas iš savarankiškai pagamintų balansavimo mašinų gamintojų. Kaip matyti iš brėžinio, siekiant padidinti volo (taigi ir viso atraminio mazgo) keliamąją galią, volo korpuse 3 sumontuota pora riedėjimo guolių 1 ir 2. Praktinis šios konstrukcijos įgyvendinimas, nepaisant visų akivaizdžių privalumų, atrodo gana sudėtinga užduotis, susijusi su poreikiu gaminti patį volo korpusą 3, kuriam keliami labai aukšti geometrinio tikslumo ir medžiagos mechaninių savybių reikalavimai.
3.15 pav. Ritinėlio atramos mazgo konstrukcijos pavyzdys
3.16 pav. Ritinėlių atramos mazgo su dviem riedėjimo guoliais konstrukcijos pavyzdys
3.17 paveiksle pateiktas savaime išsilyginančio ritinėlio atraminio mazgo konstrukcinis variantas, kurį sukūrė UAB "Technobalance" specialistai. Šioje konstrukcijoje ritinėlių savaime išsilyginantis gebėjimas pasiekiamas suteikiant jiems du papildomus laisvės laipsnius, leidžiančius ritinėliams atlikti nedidelius kampinius judesius aplink X ir Y ašis. Tokie atraminiai mazgai, užtikrinantys didelį tikslumą montuojant subalansuotus rotorius, dažniausiai rekomenduojami naudoti ant sunkių balansavimo mašinų atramų.
3.17 pav. Savaime išsilyginančių ritinėlių atraminio mazgo konstrukcijos pavyzdys
Kaip minėta anksčiau, ritininių atramų mazgams paprastai keliami gana aukšti gamybos tikslumo ir standumo reikalavimai. Visų pirma, ritinėlių radialiniam nuokrypiui nustatyti leistini nuokrypiai neturėtų viršyti 3-5 mikronų.
Praktiškai tai ne visada pavyksta pasiekti net ir gerai žinomiems gamintojams. Pavyzdžiui, autoriui atliekant naujų ritinėlių atraminių mazgų, įsigytų kaip atsarginės dalys balansavimo staklių modeliui H8V, prekės ženklo "K. Shenk", rinkinio radialinio nuotėkio bandymus, jų ritinėlių radialinis nuotėkis siekė 10–11 mikronų.
3.2.1.3. Suklio atraminiai mazgai
Balansavimo staklėse balansuojant rotorius su flanšiniu tvirtinimu (pvz., kardaniniais velenais), velenai naudojami kaip atraminiai mazgai, skirti balansuojamiems gaminiams išdėstyti, tvirtinti ir sukti.
Velenai yra vienas sudėtingiausių ir svarbiausių balansavimo mašinų komponentų, kuris daugiausia lemia reikiamą balansavimo kokybę.
Verpstės projektavimo ir gamybos teorija ir praktika yra gana gerai išvystyta ir atsispindi įvairiuose leidiniuose, iš kurių išsiskiria kaip naudingiausia ir prieinamiausia kūrėjams monografija "Metalo pjovimo staklių detalės ir mechanizmai" [1], redaguota inž. dr. D. N. Rešetovo.
Tarp pagrindinių reikalavimų, į kuriuos reikėtų atsižvelgti projektuojant ir gaminant balansavimo staklių suklius, pirmenybė turėtų būti teikiama šiems reikalavimams:
a) užtikrinamas didelis veleno mazgo konstrukcijos standumas, pakankamas, kad būtų išvengta nepriimtinų deformacijų, galinčių atsirasti veikiant subalansuoto rotoriaus disbalanso jėgoms;
b) Suklio sukimosi ašies padėties stabilumo užtikrinimas, apibūdinamas radialinio, ašinio ir ašinio sukimosi ašies nuokrypio leistinomis vertėmis;
c) Užtikrinti tinkamą veleno velenų, taip pat jų sėdynių ir atraminių paviršių, naudojamų subalansuotiems gaminiams tvirtinti, atsparumą dilimui.
Praktinis šių reikalavimų įgyvendinimas išsamiai aprašytas darbo [1] VI skyriuje "Verpstės ir jų atramos".
Visų pirma pateikiamos verpstės standumo ir sukimosi tikslumo tikrinimo metodikos, rekomendacijos dėl guolių pasirinkimo, verpstės medžiagos pasirinkimo ir jos grūdinimo metodų, taip pat daug kitos naudingos informacijos šia tema.
Darbe [1] pažymima, kad projektuojant daugumos tipų metalo pjovimo staklių velenus dažniausiai naudojama dviejų guolių schema.
Tokios dviejų guolių schemos, naudojamos frezavimo staklių sukliuose, konstrukcinio varianto pavyzdys (išsamią informaciją galima rasti darbe [1]) parodytas 3.18 pav.
Ši schema gana tinkama balansavimo staklių velenams gaminti, kurių konstrukcijos variantų pavyzdžiai pateikti 3.19-3.22 paveiksluose.
3.18 pav. Dviejų guolių frezavimo staklių suklio eskizas
3.19 paveiksle pavaizduotas vienas iš balansavimo staklių pagrindinio veleno mazgo konstrukcijos variantų, besisukančio ant dviejų radialinių traukos guolių, kurių kiekvienas turi atskirus korpusus 1 ir 2. Ant veleno 3 sumontuotas flanšas 4, skirtas kardaniniam velenui tvirtinti, ir skriemulys 5, naudojamas elektros variklio sukimui perduoti į veleną naudojant V formos diržo pavarą.
3.19 pav. Suklio konstrukcijos ant dviejų nepriklausomų guolių atramų pavyzdys
3.20 ir 3.21 paveikslėliai parodytos dvi glaudžiai susijusios pirmaujančių velenų sąrankų konstrukcijos. Abiem atvejais suklio guoliai sumontuoti bendrame korpuse 1, kuris turi ašinę skylę, reikalingą suklio velenui sumontuoti. Šios angos įėjime ir išėjime korpusas turi specialias angas (paveiksluose neparodytos), skirtas radialiniams atraminiams guoliams (ritininiams arba rutuliniams) ir specialiems flanšiniams dangteliams 5, naudojamiems guolių išoriniams žiedams pritvirtinti.
3.20 pav. 1 pavyzdys, kaip ant dviejų guolių atramų, sumontuotų bendrame korpuse, sumontuotas pirmaujantis suklys
3.21 pav. 2 pavyzdys, kaip ant dviejų guolių atramų, sumontuotų bendrame korpuse, sumontuotas pirmaujantis velenas
Kaip ir ankstesnėje versijoje (žr. 3.19 pav.), ant veleno sumontuota priekinė plokštė 2, skirta pavaros velenui tvirtinti prie flanšo, ir skriemulys 3, naudojamas elektros variklio sukimui perduoti į veleną per diržinę pavarą. Prie veleno taip pat pritvirtinta galūnė 4, kuri naudojama veleno kampinei padėčiai nustatyti, naudojama montuojant bandomuosius ir koreguojamuosius svorius ant rotoriaus atliekant balansavimą.
3.22 pav. Varomojo (galinio) veleno konstrukcijos pavyzdys
3.22 pav. parodytas mašinos varančiojo (galinio) veleno mazgo konstrukcinis variantas, kuris nuo pagrindinio veleno skiriasi tik tuo, kad jame nėra varančiojo skriemulio ir krumpliaračio, nes jie nereikalingi.
3.23 pav. Varomojo (galinio) veleno projektavimo pavyzdys
Kaip matyti iš 3.20-3.22 paveikslėliai, pirmiau aptarti velenų mazgai prie balansavimo staklių minkštųjų guolių atramų tvirtinami specialiais spaustukais (diržais) 6. Prireikus galima naudoti ir kitus tvirtinimo būdus, užtikrinant tinkamą standumą ir tikslumą nustatant suklio mazgo padėtį ant atramos.
3.23 pav. pavaizduotas į tą verpstę panašus flanšinio tvirtinimo dizainas, kuris gali būti naudojamas ją montuojant ant balansavimo staklių kietojo guolio atramos.
3.2.1.3.4. Veleno standumo ir radialinio mušimo apskaičiavimas
Špindelio standumui ir numatomam radialiniam išbėgimui nustatyti galima naudoti 3.4 formulę (žr. skaičiavimo schemą 3.24 paveiksle):
kur:
- Y - veleno elastinis poslinkis veleno konsolės gale, cm;
- P - apskaičiuota apkrova, veikianti veleno konsolę, kg;
- A - veleno galinis guolio atraminis elementas;
- B - priekinio veleno guolio atrama;
- g - veleno konsolės ilgis, cm;
- c - atstumas tarp veleno atramų A ir B, cm;
- J1 - vidutinis veleno pjūvio tarp atramų inercijos momentas, cm⁴;
- J2 - vidutinis veleno konsolės sekcijos inercijos momentas, cm⁴;
- jB ir jA - veleno priekinių ir galinių atramų guolių standumas, atitinkamai, kg/cm.
Transformavus 3.4 formulę, apskaičiuojama norima verpstės sąrankos standumo vertė jшп galima nustatyti:
Atsižvelgiant į darbo [1] rekomendacijas vidutinio dydžio balansavimo staklėms, ši vertė neturėtų būti mažesnė nei 50 kg/µm.
Radialiniam nuotėkiui apskaičiuoti naudojama 3.5 formulė:
kur:
- ∆ - radialinis nuokrypis suklio konsolės gale, µm;
- ∆B - priekinio suklio guolio radialinis nuokrypis, µm;
- ∆A - galinio veleno guolio radialinis nuokrypis, µm;
- g - verpstės konsolės ilgis, cm;
- c - atstumas tarp suklio atramų A ir B, cm.
3.2.1.3.5. Suklio balanso reikalavimų užtikrinimas
Balansavimo mašinų velenų mazgai turi būti gerai subalansuoti, nes bet koks esamas disbalansas persiduos balansuojamam rotoriui kaip papildoma paklaida. Nustatant technologines veleno liekamojo disbalanso tolerancijas, paprastai rekomenduojama, kad jo balansavimo tikslumo klasė būtų bent 1–2 klasėmis aukštesnė nei staklėse balansuojamo gaminio.
Atsižvelgiant į pirmiau aptartas velenų konstrukcijos ypatybes, jų balansavimas turėtų būti atliekamas dviejose plokštumose.
3.2.1.3.6. Suklio guolių laikomosios galios ir patvarumo reikalavimų užtikrinimas
Projektuojant velenus ir parenkant guolių dydžius, patartina iš anksto įvertinti guolių ilgaamžiškumą ir apkrovos pajėgumą. Šių skaičiavimų atlikimo metodika išsamiai aprašyta standarte ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Riedamieji guoliai. Dinaminės apkrovos ir tarnavimo laikas" [3], taip pat daugelyje (įskaitant skaitmeninius) riedėjimo guolių vadovų.
3.2.1.3.7. Reikalavimų, susijusių su priimtinu verpstės guolių šildymu, užtikrinimas
Remiantis darbo [1] rekomendacijomis, didžiausias leistinas suklio guolių išorinių žiedų įkaitimas neturėtų viršyti 70 °C. Tačiau siekiant užtikrinti kokybišką balansavimą, rekomenduojamas išorinių žiedų įkaitimas neturėtų viršyti 40-45 °C.
3.2.1.3.8. Diržinės pavaros tipo ir veleno pavaros skriemulio konstrukcijos pasirinkimas
Projektuojant balansavimo staklių varantįjį veleną, rekomenduojama jo sukimąsi užtikrinti naudojant plokščiąją diržinę pavarą. Tokios pavaros tinkamo naudojimo suklio darbui pavyzdys pateiktas 3.20 ir 3.23 paveikslėliai. Naudoti trapecinio arba dantyto diržo pavaras nepageidautina, nes dėl geometrinių diržų ir skriemulių netikslumų jos gali sukelti papildomas dinamines apkrovas velenui, o tai savo ruožtu gali sukelti papildomų matavimo paklaidų balansavimo metu. Rekomenduojami plokščiųjų pavaros diržų skriemulių reikalavimai pateikti standarte ISO 17383-73 "Plokščiojo pavaros diržo skriemuliai" [4].
Pavaros skriemulys turi būti galiniame veleno gale, kuo arčiau guolio mazgo (su kuo mažesne iškyša). Konstrukcinis sprendimas dėl skriemulio išdėstymo su iškyša, priimtas gaminant verpstę, parodytą paveiksle 3.19 pav., galima laikyti nesėkmingu, nes labai padidėja dinaminės pavaros apkrovos momentas, veikiantis suklio atramas.
Kitas svarbus šios konstrukcijos trūkumas - naudojama veržliaruožio pavara, kurios gamybos ir surinkimo netikslumai taip pat gali būti nepageidaujamos papildomos apkrovos sukliui šaltinis.
3.3. Lova (rėmas)
Lova yra pagrindinė balansavimo mašinos laikančioji konstrukcija, ant kurios remiasi pagrindiniai jos elementai, įskaitant atraminius stulpelius ir pavaros variklį. Renkantis arba gaminant balansavimo mašinos lovį būtina užtikrinti, kad jis atitiktų keletą reikalavimų, įskaitant būtiną standumą, geometrinį tikslumą, atsparumą vibracijai ir jo kreipiančiųjų atsparumą dilimui.
Praktika rodo, kad gaminant mašinas savo reikmėms dažniausiai naudojami šie lovos variantai:
- ketaus loviai iš naudotų metalo pjovimo staklių (tekinimo, medžio apdirbimo ir kt.);
- surenkamos lovos, kurių pagrindą sudaro kanalai, sumontuoti naudojant varžtinius sujungimus;
- suvirinti loviai, kurių pagrindą sudaro kanalai;
- polimerinio betono sluoksniai su vibraciją sugeriančiomis dangomis.
3.25 pav. Panaudotų medžio apdirbimo staklių lovio panaudojimo kardaninių velenų balansavimo staklėms gaminti pavyzdys.
3.4. Balansavimo mašinų pavaros
Kaip rodo mūsų klientų balansavimo mašinų gamyboje naudojamų konstrukcinių sprendimų analizė, projektuojant pavaras jie daugiausia dėmesio skiria kintamosios srovės varikliams su kintamojo dažnio pavaromis. Šis metodas leidžia užtikrinti platų balansavimo rotorių sukimosi greičio reguliavimo diapazoną, o sąnaudos yra minimalios. Pagrindinių pavaros variklių, naudojamų balansavimo rotoriams sukti, galia paprastai parenkama pagal šių rotorių masę ir apytiksliai gali būti tokia:
- 0,25–0,72 kW mašinoms, skirtoms balansuoti rotorius, kurių masė ≤ 5 kg;
- 0,72–1,2 kW mašinoms, skirtoms rotoriams, kurių masė > 5 ≤ 50 kg, balansuoti;
- 1,2–1,5 kW mašinoms, skirtoms rotoriams, kurių masė > 50 ≤ 100 kg, balansuoti;
- 1,5–2,2 kW mašinoms, skirtoms rotoriams, kurių masė > 100 ≤ 500 kg, balansuoti;
- 2,2–5 kW mašinoms, skirtoms rotoriams, kurių masė > 500 ≤ 1000 kg, balansuoti;
- 5–7,5 kW mašinoms, skirtoms rotoriams, kurių masė > 1000 ≤ 3000 kg, balansuoti.
Šie varikliai turi būti tvirtai pritvirtinti prie mašinos lovio arba jo pagrindo. Prieš montuojant ant mašinos (arba montavimo vietoje), pagrindinis varantysis variklis ir ant jo išėjimo veleno sumontuotas skriemulys turi būti kruopščiai subalansuoti. Siekiant sumažinti kintamojo dažnio pavaros keliamus elektromagnetinius trikdžius, rekomenduojama jos įėjime ir išėjime įrengti tinklo filtrus. Tai gali būti standartiniai nestandartiniai gaminiai, kuriuos tiekia pavarų gamintojai, arba savos gamybos filtrai, pagaminti naudojant feritinius žiedus.
4. Balansavimo mašinų matavimo sistemos
Dauguma mėgėjų balansavimo staklių gamintojų, kurie kreipiasi į UAB "Kinematics" (Vibromera), planuoja savo projektuose naudoti mūsų įmonės pagamintas "Balanset" serijos matavimo sistemas. Tačiau yra ir tokių klientų, kurie planuoja tokias matavimo sistemas gaminti savarankiškai. Todėl prasminga išsamiau aptarti balansavimo staklių matavimo sistemos konstrukciją. Pagrindinis šių sistemų reikalavimas yra būtinybė užtikrinti didelio tikslumo vibracinio signalo sukimosi komponento, atsirandančio subalansuoto rotoriaus sukimosi dažnyje, amplitudės ir fazės matavimus. Šis tikslas paprastai pasiekiamas naudojant techninių sprendimų derinį, įskaitant:
- Vibracijos jutiklių, turinčių didelį signalo keitimo koeficientą, naudojimas;
- Šiuolaikinių lazerinių fazės kampo jutiklių naudojimas;
- aparatinės įrangos, leidžiančios sustiprinti ir skaitmeniniu būdu konvertuoti jutiklių signalus (pirminis signalų apdorojimas), sukūrimas (arba naudojimas);
- Programinės įrangos, skirtos vibracinio signalo apdorojimui, įdiegimas, kuris turėtų leisti didelės skiriamosios gebos ir stabilų vibracinio signalo sukamojo komponento, pasireiškiančio subalansuoto rotoriaus sukimosi dažniu, išskyrimą (antrinis apdorojimas).
Žemiau aptarsime žinomus tokių techninių sprendimų variantus, įdiegtus daugelyje gerai žinomų balansavimo prietaisų.
4.1. Vibracijos jutiklių parinkimas
Balansavimo mašinų matavimo sistemose gali būti naudojami įvairių tipų vibracijos jutikliai (keitikliai), įskaitant:
- Vibracijos pagreičio jutikliai (akselerometrai);
- Vibracijos greičio jutikliai;
- Vibracijos poslinkio jutikliai;
- Jėgos jutikliai.
4.1.1. Vibracijos pagreičio jutikliai
Tarp vibracijos pagreičio jutiklių plačiausiai naudojami pjezoelektriniai ir talpiniai (lustiniai) akselerometrai, kurie gali būti efektyviai naudojami minkštųjų guolių tipo balansavimo mašinose. Praktiškai paprastai leidžiama naudoti vibracijos pagreičio jutiklius, kurių konversijos koeficientai (Kpr) svyruoja nuo 10 iki 30 mV/(m/s²). Balansavimo mašinose, kurioms reikalingas ypač didelis balansavimo tikslumas, patartina naudoti akselerometrus, kurių Kpr siekia 100 mV/(m/s²) ir daugiau. Kaip pjezoelektrinių akselerometrų, kurie gali būti naudojami kaip vibracijos jutikliai balansavimo mašinoms, pavyzdys, 4.1 paveiksle parodyti UAB "Izmeritel" gaminami DN3M1 ir DN3M1V6 pjezoelektriniai akselerometrai.
4.1 pav. Pjezoakcelerometrai DN 3M1 ir DN 3M1V6
Norint tokius jutiklius prijungti prie vibracijos matavimo prietaisų ir sistemų, reikia naudoti išorinius arba įmontuotus krūvio stiprintuvus.
4.2 pav. Talpiniai akselerometrai AD1, pagaminti UAB "Kinematics" (Vibromera)
Reikėtų pažymėti, kad šie jutikliai, tarp kurių yra ir rinkoje plačiai naudojamos talpinių akselerometrų ADXL 345 plokštės (žr. 4.3 pav.), turi keletą svarbių pranašumų prieš pjezoelektrinius akselerometrus. Konkrečiai, jie yra 4-8 kartus pigesni ir pasižymi panašiomis techninėmis savybėmis. Be to, jiems nereikia naudoti brangių ir sudėtingų įkrovos stiprintuvų, reikalingų pjezoakcelerometrams.
Tais atvejais, kai balansavimo mašinų matavimo sistemose naudojami abiejų tipų akselerometrai, paprastai jutiklių signalai integruojami aparatine įranga (arba dvigubai).
4.2 pav. Surinkti talpiniai akselerometrai AD 1.
4.2 pav. Talpiniai akselerometrai AD1, pagaminti UAB "Kinematics" (Vibromera)
Reikėtų pažymėti, kad šie jutikliai, tarp kurių yra ir rinkoje plačiai naudojamos talpinių akselerometrų ADXL 345 plokštės (žr. 4.3 pav.), turi keletą svarbių pranašumų prieš pjezoelektrinius akselerometrus. Konkrečiai, jie yra 4-8 kartus pigesni ir pasižymi panašiomis techninėmis savybėmis. Be to, jiems nereikia naudoti brangių ir sudėtingų įkrovos stiprintuvų, reikalingų pjezoakcelerometrams.
4.3 pav. Talpinio akselerometro plokštė ADXL 345.
Šiuo atveju pradinis jutiklio signalas, proporcingas virpesių pagreičiui, atitinkamai transformuojamas į signalą, proporcingą virpesių greičiui arba poslinkiui. Dvigubo vibracijos signalo integravimo procedūra ypač aktuali, kai akcelerometrai naudojami kaip mažo greičio balansavimo mašinų matavimo sistemų dalis, kai balansavimo metu apatinis rotoriaus sukimosi dažnis gali siekti 120 aps/min ir mažiau. Balansavimo mašinų matavimo sistemose naudojant talpinius akselerometrus, reikėtų atsižvelgti į tai, kad po integravimo jų signaluose gali būti žemo dažnio trukdžių, pasireiškiančių 0,5-3 Hz dažnių diapazone. Tai gali riboti balansavimo mašinų, kuriose ketinama naudoti šiuos jutiklius, žemųjų dažnių diapazoną.
4.1.2. Vibracijos greičio jutikliai
4.1.2.1. Indukciniai vibracijos greičio jutikliai.
Šiuos jutiklius sudaro indukcinė ritė ir magnetinė šerdis. Kai ritė vibruoja nejudančios šerdies atžvilgiu (arba šerdis nejudančios ritės atžvilgiu), ritėje indukuojamas elektromagnetinis laukas, kurio įtampa tiesiogiai proporcinga jutiklio judančio elemento vibracijos greičiui. Indukcinių jutiklių konversijos koeficientai (Кпр) paprastai būna gana dideli ir siekia kelias dešimtis ar net šimtus mV/mm/sek. Konkrečiai, Schenck modelio T77 jutiklio konversijos koeficientas yra 80 mV/mm/s, o IRD Mechanalysis modelio 544M jutiklio - 40 mV/mm/s. Kai kuriais atvejais (pavyzdžiui, Schenck balansavimo mašinose) naudojami specialūs labai jautrūs indukciniai vibracijos greičio jutikliai su mechaniniu stiprintuvu, kurių Kпр gali viršyti 1000 mV/mm/sek. Jei balansavimo mašinų matavimo sistemose naudojami indukciniai virpesių greičio jutikliai, taip pat galima atlikti vibracijos greičiui proporcingo elektrinio signalo aparatinį integravimą, paverčiant jį signalu, proporcingu vibracijos poslinkiui.
4.4 pav. 544M modelio jutiklis pagal IRD Mechanalysis.
4.5 pav. Schenck T77 modelio jutiklis
Reikėtų pažymėti, kad dėl gamybos darbo imlumo indukciniai vibracijos greičio jutikliai yra gana reti ir brangūs gaminiai. Todėl, nepaisant akivaizdžių šių jutiklių privalumų, balansavimo mašinų gamintojai mėgėjai juos naudoja labai retai.
4.2. Fazės kampo jutikliai
Vibracijos matavimo procesui sinchronizuoti su subalansuoto rotoriaus sukimosi kampu naudojami fazinio kampo jutikliai, tokie kaip lazeriniai (fotoelektriniai) arba indukciniai. Šiuos jutiklius gamina įvairių konstrukcijų tiek vietiniai, tiek tarptautiniai gamintojai. Šių jutiklių kainų diapazonas gali labai skirtis – nuo maždaug 40 iki 200 dolerių. Tokio įrenginio pavyzdys yra "Diamex" gaminamas fazinio kampo jutiklis, parodytas 4.11 paveiksle.
4.11 pav.: "Diamex" fazinio kampo jutiklis"
Kitas pavyzdys, 4.12 paveiksle, parodytas LLC "Kinematics" (Vibromera) įdiegtas modelis, kuriame kaip fazinio kampo jutikliai naudojami Kinijoje pagaminti DT 2234C modelio lazeriniai tachometrai. Akivaizdūs šio jutiklio privalumai:
- Platus veikimo diapazonas, leidžiantis matuoti rotoriaus sukimosi dažnį nuo 2,5 iki 99 999 apsisukimų per minutę, o skiriamoji geba yra ne mažesnė kaip vienas apsisukimas;
- Skaitmeninis ekranas;
- Lengva nustatyti tachometrą matavimams atlikti;
- Įperkamumas ir maža rinkos kaina;
- Santykinai paprasta modifikacija, skirta integruoti į balansavimo staklių matavimo sistemą.
4.12 pav.: DT 2234C lazerinio tachometro modelis
Kai kuriais atvejais, kai dėl kokių nors priežasčių optinių lazerinių jutiklių naudoti nepageidaujama, juos galima pakeisti indukciniais bekontakčiais poslinkio jutikliais, pavyzdžiui, anksčiau minėtu ISAN E41A modeliu arba panašiais kitų gamintojų gaminiais.
4.3. Signalo apdorojimo funkcijos vibracijos jutikliuose
Balansavimo įrangos vibracijos signalo sukamojo komponento amplitudės ir fazės tiksliam matavimui paprastai naudojamas aparatinės ir programinės įrangos apdorojimo priemonių derinys. Šios priemonės leidžia:
- Jutiklio analoginio signalo plačiajuosčio ryšio aparatinis filtravimas;
- Jutiklio analoginio signalo stiprinimas;
- Analoginio signalo integravimas ir (arba) dvigubas integravimas (jei reikia);
- Siaurajuostis analoginio signalo filtravimas naudojant sekimo filtrą;
- Analoginis-skaitmeninis signalo konvertavimas;
- Sinchroninis skaitmeninio signalo filtravimas;
- Skaitmeninio signalo harmoninė analizė.
4.3.1. Plačiajuosčio signalo filtravimas
Ši procedūra yra būtina norint išvalyti vibracijos jutiklio signalą nuo galimų trukdžių, kurie gali atsirasti tiek apatinėje, tiek viršutinėje įrenginio dažnių diapazono ribose. Balansavimo mašinos matavimo įrenginiui patartina nustatyti juostinio filtro apatinę ribą ties 2–3 Hz, o viršutinę – ties 50 (100) Hz. "Apatinis" filtravimas padeda slopinti žemo dažnio triukšmus, kurie gali atsirasti įvairių tipų jutiklių matavimo stiprintuvų išėjime. "Viršutinis" filtravimas pašalina trukdžių galimybę dėl kombinuotų dažnių ir galimų atskirų mašinos mechaninių komponentų rezonansinių virpesių.
4.3.2. Analoginio signalo iš jutiklio stiprinimas
Jei reikia padidinti balansavimo mašinos matavimo sistemos jautrumą, galima sustiprinti signalus iš vibracijos jutiklių į matavimo įrenginio įėjimą. Galima naudoti tiek standartinius stiprintuvus su pastoviu stiprinimu, tiek daugiapakopius stiprintuvus, kurių stiprinimą galima programiškai keisti priklausomai nuo realaus signalo lygio iš jutiklio. Programuojamo daugiapakopio stiprintuvo pavyzdys yra stiprintuvai, įdiegti įtampos matavimo keitikliuose, tokiuose kaip E154 arba E14-140, kuriuos gamina UAB "L-Card".
4.3.3. Integracija
Kaip minėta anksčiau, balansavimo mašinų matavimo sistemose rekomenduojama integruoti aparatinę įrangą ir (arba) dvigubai integruoti vibracijos jutiklių signalus. Taigi pradinis akselerometro signalas, proporcingas virpesių pagreičiui, gali būti paverstas signalu, proporcingu virpesių greičiui (integravimas) arba virpesių poslinkiui (dvigubas integravimas). Panašiai vibroagreso jutiklio signalas po integravimo gali būti transformuojamas į signalą, proporcingą vibropersislinkimui.
4.3.4. Analoginio signalo siaurajuostis filtravimas naudojant sekimo filtrą
Balansavimo mašinų matavimo sistemose trikdžiams sumažinti ir vibracijos signalo apdorojimo kokybei pagerinti galima naudoti siaurajuosčius sekimo filtrus. Šių filtrų centrinis dažnis automatiškai derinamas prie subalansuoto rotoriaus sukimosi dažnio, naudojant rotoriaus apsisukimų jutiklio signalą. Tokiems filtrams sukurti gali būti naudojamos modernios integrinės grandinės, tokios kaip "MAXIM" MAX263, MAX264, MAX267, MAX268.
4.3.5. Analoginis-skaitmeninis signalų konvertavimas
Analoginis-skaitmeninis konvertavimas yra labai svarbi procedūra, užtikrinanti galimybę pagerinti vibracijos signalo apdorojimo kokybę matuojant amplitudę ir fazę. Ši procedūra įdiegta visose šiuolaikinėse balansavimo mašinų matavimo sistemose. Efektyvaus tokių ADC įgyvendinimo pavyzdys yra UAB "L-Card" E154 arba E14-140 tipo įtampos matavimo keitikliai, naudojami keliose UAB "Kinematics" (Vibromera) gaminamų balansavimo mašinų matavimo sistemose. Be to, UAB "Kinematics" (Vibromera) turi patirties naudojant pigesnes mikroprocesorines sistemas, pagrįstas "Arduino" valdikliais, "Microchip" PIC18F4620 mikrovaldikliu ir panašiais įrenginiais.
4.1.2.2. Vibracijos greičio jutikliai, pagrįsti pjezoelektriniais akselerometrais
Šio tipo jutiklis skiriasi nuo standartinio pjezoelektrinio akselerometro tuo, kad jo korpuse yra įmontuotas krūvio stiprintuvas ir integratorius, leidžiantys išvesti signalą, proporcingą virpesių greičiui. Pavyzdžiui, vietinių gamintojų (ZETLAB įmonės ir UAB "Vibropribor") pagaminti pjezoelektriniai virpesių greičio jutikliai parodyti 4.6 ir 4.7 paveiksluose.
4.6 pav. ZETLAB (Rusija) AV02 modelio jutiklis
4.7 pav. UAB "Vibropribor" pagamintas DVST 2 modelio jutiklis"
Tokius jutiklius gamina įvairūs gamintojai (tiek vietiniai, tiek užsienio) ir šiuo metu jie plačiai naudojami, ypač nešiojamojoje vibracijos įrangoje. Šių jutiklių kaina yra gana didelė ir gali siekti 20 000-30 000 rublių už kiekvieną, net ir vietinių gamintojų.
4.1.3. Poslinkio jutikliai
Balansavimo mašinų matavimo sistemose taip pat gali būti naudojami bekontakčiai poslinkio jutikliai – talpiniai arba indukciniai. Šie jutikliai gali veikti statiniu režimu, leisdami registruoti vibracinius procesus, prasidedančius nuo 0 Hz. Jų naudojimas gali būti ypač efektyvus balansuojant mažo greičio rotorius, kurių sukimosi greitis yra 120 aps./min. ir mažesnis. Šių jutiklių konversijos koeficientai gali siekti 1000 mV/mm ir daugiau, o tai užtikrina didelį tikslumą ir skiriamąją gebą matuojant poslinkį net ir be papildomo stiprinimo. Akivaizdus šių jutiklių privalumas yra santykinai maža jų kaina, kuri kai kuriems šalies gamintojams neviršija 1000 rublių. Naudojant šiuos jutiklius balansavimo mašinose, svarbu atsižvelgti į tai, kad nominalus darbinis tarpas tarp jutiklio jautraus elemento ir vibruojančio objekto paviršiaus yra ribojamas jutiklio ritės skersmens. Pavyzdžiui, 4.8 paveiksle parodytam jutikliui, modeliui ISAN E41A, kurį gamina "TEKO", nurodytas darbinis tarpas paprastai yra nuo 3,8 iki 4 mm, o tai leidžia išmatuoti vibruojančio objekto poslinkį ±2,5 mm diapazone.
4.8 pav. Indukcinis poslinkio jutiklis ISAN E41A, TEKO (Rusija)
4.1.4. Jėgos jutikliai
Kaip jau minėta, jėgos jutikliai naudojami kietųjų guolių balansavimo staklėse įrengtose matavimo sistemose. Šie jutikliai, ypač dėl jų paprastos gamybos ir palyginti nedidelės kainos, dažniausiai yra pjezoelektriniai jėgos jutikliai. Tokių jutiklių pavyzdžiai pateikti 4.9 ir 4.10 paveiksluose.
4.9 pav. "Kinematika LLC" jėgos jutiklis SD 1
4.10 pav.: Jėgos jutiklis automobilių balansavimo mašinoms, parduodamas "STO Market"
Deformacijos jėgos jutikliai, kuriuos gamina įvairūs šalies ir užsienio gamintojai, taip pat gali būti naudojami kietųjų guolių balansavimo mašinų atramų santykinėms deformacijoms matuoti.
4.4. Balansavimo mašinos "Balanset 2" matavimo sistemos funkcinė schema"
Matavimo sistema "Balanset 2" yra modernus požiūris į matavimo ir skaičiavimo funkcijų integravimą balansavimo mašinose. Ši sistema automatiškai apskaičiuoja korekcinius svorius, naudodama įtakos koeficiento metodą, ir gali būti pritaikyta įvairioms mašinos konfigūracijoms.
Funkcinė schema apima signalo apdorojimą, analoginio-skaitmeninio konvertavimo, skaitmeninio signalo apdorojimo ir automatinio skaičiavimo algoritmus. Sistema gali labai tiksliai apdoroti tiek dviejų plokštumų, tiek kelių plokštumų balansavimo scenarijus.
4.5. Rotoriaus balansavimui naudojamų korekcinių svorių parametrų skaičiavimas
Korekcinių svorių skaičiavimas pagrįstas įtakos koeficiento metodu, kuris nustato, kaip rotorius reaguoja į bandymo svorius skirtingose plokštumose. Šis metodas yra esminis visoms šiuolaikinėms balansavimo sistemoms ir pateikia tikslius rezultatus tiek standiems, tiek lankstiems rotoriams.
4.5.1. Dviejų atraminių rotorių balansavimo uždavinys ir jo sprendimo būdai
Dvigubos atramos rotoriams (dažniausia konfigūracija) balansavimo užduotis apima dviejų korekcinių svorių nustatymą – po vieną kiekvienai korekcijos plokštumai. Įtakos koeficiento metodas naudoja tokį metodą:
- Pradinis matavimas (0 bandymas): Vibracijos matavimas be jokių bandomųjų svarmenų
- Pirmasis bandomasis važiavimas (1 važiavimas): Pridėkite žinomą bandomąjį svorį prie 1 plokštumos, išmatuokite atsaką
- Antrasis bandomasis važiavimas (2-asis važiavimas): Perkelkite bandomąjį svorį į 2 plokštumą, išmatuokite atsaką
- Skaičiavimas: Programinė įranga apskaičiuoja nuolatinius korekcijos svorius pagal išmatuotus atsakus
Matematinis pagrindas apima tiesinių lygčių sistemos, susiejančios bandomojo svorio įtaką su reikiamomis korekcijomis abiejose plokštumose vienu metu, sprendimą.
3.26 ir 3.27 paveikslėliai parodyti tekinimo staklių lovių naudojimo pavyzdžiai, kuriais remiantis buvo pagamintos specializuotos kietųjų guolių balansavimo staklės sraigėms ir universalios minkštųjų guolių balansavimo staklės cilindriniams rotoriams. Tokie sprendimai "pasidaryk pats" gamintojams leidžia minimaliomis laiko ir lėšų sąnaudomis sukurti standžią balansavimo staklių atraminę sistemą, ant kurios galima montuoti įvairių tipų atraminius stovus (tiek "Hard Bearing", tiek "Soft Bearing"). Pagrindinė gamintojo užduotis šiuo atveju - užtikrinti (ir prireikus atkurti) mašinos kreipiančiųjų, ant kurių bus tvirtinami atraminiai stovai, geometrinį tikslumą. Gamybos "pasidaryk pats" sąlygomis, norint atkurti reikiamą kreipiančiųjų geometrinį tikslumą, paprastai naudojamas smulkus grandymas.
3.28 pav. parodyta iš dviejų kanalų surinktos lovos versija. Gaminant šią lovą, naudojamos nuimamos varžtinės jungtys, leidžiančios sumažinti lovos deformacijas arba visiškai eliminuoti jų deformacijas surinkimo metu be papildomų technologinių operacijų. Siekiant užtikrinti tinkamą nurodytos lovos kreipiančiųjų geometrinį tikslumą, gali prireikti mechaniškai apdoroti (šlifuoti, smulkiai frezuoti) naudojamų kanalų viršutinius flanšus.
3.29 ir 3.30 paveikslėliai pateikti suvirintų lovių, taip pat pagamintų iš dviejų kanalų, variantai. Tokių lovių gamybos technologijai gali prireikti papildomų operacijų, pavyzdžiui, terminio apdorojimo, kad būtų sumažinti suvirinimo metu atsirandantys vidiniai įtempiai. Kaip ir surenkamų lovių atveju, siekiant užtikrinti tinkamą suvirintų lovių kreipiančiųjų geometrinį tikslumą, reikėtų numatyti mechaninį naudojamų kanalų viršutinių flanšų apdorojimą (šlifavimą, smulkų frezavimą).
4.5.2. Kelių atraminių rotorių dinaminio balansavimo metodika
Daugiaatramiams rotoriams (trijų ar keturių guolių taškų) reikalingos sudėtingesnės balansavimo procedūros. Kiekvienas atramos taškas prisideda prie bendro dinaminio elgesio, o korekcija turi atsižvelgti į visų plokštumų sąveiką.
Metodologija išplečia dviejų plokštumų metodą:
- Vibracijos matavimas visuose atramos taškuose
- Naudojant kelias bandomąsias svorio pozicijas
- Didesnių tiesinių lygčių sistemų sprendimas
- Korekcinio svorio paskirstymo optimizavimas
Kardaniniams velenams ir panašiems ilgiems rotoriams šis metodas paprastai pasiekia likutinio disbalanso lygius, atitinkančius ISO kokybės klasę G6.3 arba aukštesnę.
4.5.3. Kelių atraminių rotorių balansavimo skaičiuotuvai
Trijų ir keturių atramų rotorių konfigūracijoms buvo sukurti specializuoti skaičiavimo algoritmai. Šie skaičiuotuvai įdiegti „Balanset-4“ programinėje įrangoje ir gali automatiškai apdoroti sudėtingas rotorių geometrijas.
Skaičiuoklės atsižvelgia į:
- Kintamas atramos standumas
- Kryžminis sujungimas tarp korekcijos plokštumų
- Svorio išdėstymo optimizavimas prieinamumui
- Apskaičiuotų rezultatų patikrinimas
5. Balansavimo mašinų veikimo ir tikslumo tikrinimo rekomendacijos
Balansavimo mašinos tikslumas ir patikimumas priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant jos mechaninių komponentų geometrinį tikslumą, atramų dinamines charakteristikas ir matavimo sistemos darbinį pajėgumą. Reguliarus šių parametrų tikrinimas užtikrina nuolatinę balansavimo kokybę ir padeda nustatyti galimas problemas, kol jos nepaveikė gamybos.
5.1. Mašinos geometrinio tikslumo tikrinimas
Geometrinio tikslumo patikrinimas apima atramų išlyginimo, kreipiančiųjų lygiagretumo ir veleno mazgų koncentriškumo patikrinimą. Šie patikrinimai turėtų būti atliekami pradinio nustatymo metu ir periodiškai eksploatacijos metu, siekiant užtikrinti pastovų tikslumą.
5.2. Mašinos dinaminių charakteristikų tikrinimas
Dinaminių charakteristikų patikra apima atramų ir rėmo komponentų natūraliųjų dažnių matavimą, siekiant užtikrinti, kad jie būtų tinkamai atskirti nuo darbinių dažnių. Tai padeda išvengti rezonanso problemų, kurios gali pakenkti balansavimo tikslumui.
5.3. Matavimo sistemos veikimo galimybių tikrinimas
Matavimo sistemos patikra apima jutiklių kalibravimą, fazės suderinimo patikrą ir signalo apdorojimo tikslumo patikrinimus. Tai užtikrina patikimą vibracijos amplitudės ir fazės matavimą esant bet kokiam veikimo greičiui.
5.4. Tikslumo charakteristikų tikrinimas pagal ISO 20076-2007 standartą
ISO 20076-2007 standarte pateikiamos standartizuotos balansavimo staklių tikslumo tikrinimo procedūros naudojant kalibruotus bandymo rotorius. Šios procedūros padeda patvirtinti staklių veikimą pagal tarptautiniu mastu pripažintus standartus.
Literatūra
- Rešetovas D. N. (red.). "Metalo pjovimo staklių detalės ir mechanizmai". Maskva: „Mašinostroenie“, 1972.
- Kellenberger W. "Cilindrinių paviršių spiralinis šlifavimas". Mašinos, 1963.
- ISO 18855-94 (ISO 281-89) "Riediniai guoliai. Dinaminės apkrovos ir tarnavimo laikas"."
- ISO 17383-73 "Plokščiojo pavaros diržo skriemuliai"."
- ISO 1940-1-2007 "Vibracija. Standžių rotorių balansavimo kokybės reikalavimai."
- ISO 20076-2007 "Balansavimo mašinų tikslumo tikrinimo procedūros"."
1 priedėlis: Trijų atraminių velenų balansavimo parametrų skaičiavimo algoritmas
Trijų atramų rotoriaus balansavimui reikia išspręsti trijų lygčių sistemą su trimis nežinomaisiais. Šiame priede pateikiamas matematinis pagrindas ir nuosekli skaičiavimo procedūra korekciniams svoriams trijose korekcinėse plokštumose nustatyti.
A1.1. Matematinis pagrindas
Trijų atramų rotoriui įtakos koeficiento matrica susieja bandomojo svorio efektus su vibracijos atsakais kiekvienoje guolio vietoje. Bendroji lygčių sistemos forma yra:
[V₂] = [A₂₁ A₂₂ A₂₃] [W₂]
[V₃] = [A₃₁ A₃₂ A₃₃] [W₃]
kur:
- V₁, V₂, V₃ - vibracijos vektoriai ties atramomis 1, 2 ir 3
- W₁, W₂, W₃ - korekcijos svoriai 1, 2 ir 3 plokštumose
- Aᵢⱼ - įtakos koeficientai, susiejantys svorį j su vibracija ties atrama i
A1.2. Skaičiavimo procedūra
- Pradiniai matavimai: Užrašykite virpesių amplitudę ir fazę visose trijose atramose be bandomųjų svarmenų
- Bandomojo svorio seka: Kiekvienai korekcijos plokštumai nuosekliai pritaikykite žinomą bandomąjį svorį, registruodami vibracijos pokyčius.
- Įtakos koeficiento skaičiavimas: Nustatykite, kaip kiekvienas bandomasis svoris veikia kiekvienos atramos vibraciją
- Matricos sprendimas: Išspręskite lygčių sistemą, kad rastumėte optimalius korekcijos svorius
- Svorio išdėstymas: Sumontuokite apskaičiuotus svarmenis nurodytais kampais
- Patikrinimas: Įsitikinkite, kad liekamoji vibracija atitinka specifikacijas
A1.3. Trijų atramų rotorių specialūs aspektai
Trijų atramų konfigūracijos dažniausiai naudojamos ilgiems kardaniniams velenams, kai reikalinga tarpinė atrama, kad būtų išvengta per didelio išlinkimo. Svarbiausi aspektai:
- Tarpinis atramos standumas veikia bendrą rotoriaus dinamiką
- Atramų išlyginimas yra labai svarbus norint gauti tikslius rezultatus
- Bandomojo svorio dydis turi sukelti išmatuojamą atsaką visose atramose
- Kryžminis sujungimas tarp plokštumų reikalauja kruopščios analizės
2 priedas: Keturių atraminių velenų balansavimo parametrų skaičiavimo algoritmas
Keturių atramų rotorių balansavimas yra sudėtingiausia įprasta konfigūracija, reikalaujanti 4x4 matricos sistemos sprendimo. Ši konfigūracija būdinga labai ilgiems rotoriams, tokiems kaip popieriaus fabriko ritiniai, tekstilės mašinų velenai ir sunkiosios pramonės rotoriai.
A2.1. Išplėstinis matematinis modelis
Keturių atramų sistema išplečia trijų atramų modelį papildomomis lygtimis, atsižvelgiant į ketvirtojo guolio vietą:
[V₂] = [A₂₁ A₂₂ A₂₃ A₂₄] [W₂]
[V₃] = [A₃₁ A₃₂ A₃₃ A₃₄] [W₃]
[V₄] = [A₄₁ A₄₂ A₄₃ A₄₄] [W₄]
A2.2. Nuosekliojo bandomojo svorio procedūra
Keturių atramų procedūrai reikia penkių matavimų:
- 0 paleidimas: Pradinis matavimas ties visomis keturiomis atramomis
- 1 bėgimas: Bandomasis svoris 1 plokštumoje, išmatuokite visas atramas
- 2-as bėgimas: Bandomasis svoris 2 plokštumoje, išmatuokite visas atramas
- 3-ias bėgimas: Bandomasis svoris 3 plokštumoje, išmatuokite visas atramas
- 4 bėgimas: Bandomasis svoris 4 plokštumoje, išmatuokite visas atramas
A2.3. Optimizavimo aspektai
Keturių atramų balansavimas dažnai leidžia gauti kelis galiojančius sprendimus. Optimizavimo procese atsižvelgiama į:
- Bendros korekcijos svorio masės sumažinimas
- Užtikrinti prieinamas svorio laikymo vietas
- Gamybos tolerancijų ir sąnaudų balansavimas
- Atitikimas nurodytoms liekamosios vibracijos riboms
3 priedas: balansavimo skaičiuoklės naudojimo vadovas
„Balanset“ balansavimo skaičiuoklė automatizuoja sudėtingas matematines procedūras, aprašytas 1 ir 2 prieduose. Šiame vadove pateikiamos praktinės instrukcijos, kaip efektyviai naudoti skaičiuoklę su „pasidaryk pats“ balansavimo mašinomis.
A3.1. Programinės įrangos diegimas ir konfigūravimas
- Mašinos apibrėžimas: Apibrėžkite mašinos geometriją, atramų vietas ir korekcijos plokštumas
- Jutiklio kalibravimas: Patikrinkite jutiklio orientaciją ir kalibravimo koeficientus
- Bandomojo svorio paruošimas: Apskaičiuokite tinkamą bandomojo svorio masę pagal rotoriaus charakteristikas
- Saugos patikrinimas: Patvirtinkite saugų darbo greitį ir svorio tvirtinimo būdus
A3.2. Matavimo seka
Skaičiuoklė padeda vartotojui atlikti matavimo seką, pateikdama realaus laiko grįžtamąjį ryšį apie matavimo kokybę ir pasiūlymus, kaip pagerinti signalo ir triukšmo santykį.
A3.3. Rezultatų interpretavimas
Skaičiuoklė pateikia kelis išvesties formatus:
- Grafiniai vektoriniai ekranai, rodantys korekcijos reikalavimus
- Skaitmeninės svorio ir kampo specifikacijos
- Kokybės rodikliai ir pasitikėjimo rodikliai
- Pasiūlymai matavimo tikslumui pagerinti
A3.4. Dažniausiai pasitaikančių problemų šalinimas
Dažniausios problemos ir sprendimai naudojant skaičiuotuvą su „pasidaryk pats“ įrenginiais:
- Nepakankamas atsakas į bandomąjį svorį: Padidinkite bandomojo svorio masę arba patikrinkite jutiklio tvirtinimą
- Nenuoseklūs matavimai: Patikrinkite mechaninį vientisumą, patikrinkite, ar nėra rezonanso sąlygų
- Prasti korekcijos rezultatai: Patikrinkite kampo matavimo tikslumą, patikrinkite, ar nėra kryžminio sujungimo efektų
- Programinės įrangos klaidos: Patikrinkite jutiklio jungtis, įveskite įvesties parametrus, užtikrinkite stabilų apsukų skaičių
Straipsnio autorius: Feldmanas Valerijus Davidovičius
Redaktorius ir vertėjas: Nikolajus Andrejevičius Šelkovenko
Atsiprašau už galimas vertimo klaidas.